流型流型的研究

流型研究的目的和意义为：不同流型具有不同的压力、流量特征，也具有不同的传热特性，不考虑流型变化的阻力和传热特性计算是粗糙和不可靠的。可以说流型是两相流研究的基础。50年代Baker等就证明了流动特性计算和流型间的这种依变关系。

过去，应用流型研究的方法为：

(1)进行大量的试验；

(2)画出流型图；

(3)根据流动条件在流型图上确定流型。

现在应用流型研究的方法为：

(1)根据试验和理论分析，探讨流型产生、发展的过程，建立流型转变机理的数学物理模型；

(2)根据流型转变的机理来判断流型；

(3)然后，根据具体流型的特征来建立相应的数学物理模型，进行流动特性和传热特性的计算。

流型的分类经历了一个由粗到细；又由细到粗的过程。并不是越细越好；应以满足工程实际应用和两相流计算的需要为目的，摒弃那些似是而非，没有显著特征的流型分类，将其归并到其它流型中去。流动形态多种多样，界限也不是十分清晰。在处理两相流体力学问题时；可以人为地分为几种流动形态，并且认为，在每一种流动形态范围内，其流体力学特性是基本相同的。

常用的流型划分方式一般为两类，一类是按照两相管输中流体的外观形状来划分；另外一类是按照管输介质的连续性来划分。

按流体的外观形状来划分流型，其中一种典型的方式是按照气体输量由少到多来划分，依次将流型划分为气泡流、气团流、分层光滑流、分层波浪流、段塞流(段塞流)、环状流、雾状流。由于众专家采用这种划分方式使用的实验手段和人为判断的差异，这类划分法所划分的流型不仅数量不同，甚至连名称也不统一。

为便于将两相流问题与比较成熟的单相流流体力学相联系，同时又能将各种不同流型归结为较少的几种模式，相互之间有比较明确的区分特征，简化理论研究对象，从管输介质的连续性出发，可将流型划分为分散流、分离流、间歇流三种 。

流型水平管道中

在水平管道中，典型的流型有等，如图1所示。在低液速范围内，随着气速的增加依次发生分层流、波状流和环-雾状流三种流型；在中等液速范围内，随着气速的增大，依次产生长泡流和液节流；在高液速下，随着气速的增大，产生分散气泡流；在极大气速时，分散气泡流向环一雾状流转变。

（1）分层流。在液速、气速都很低时，气液之间的作用很微弱，液体在管道下部流动，而气体则在上部流动。两相都是连续的。界面是平滑的。当气速增大时，界面上出现一些波纹，但仍属于分层流。

（2）波状流。当气速再增大时，波纹变为大波。有时掀起的波尖可以舔到管子的拱顶。和分层流的相同处是两相都是连续的，不同处是两相之间的作用加剧了。

（3）环-雾状流 。在气速更加增大时，液层深度越来越浅，已不足以掀起大波， 而被气流冲散到管壁上， 形成上下不对称的环形液膜， 也有一部分液体被吹扫至气流中成为雾沫。 气相是连续的。 在气速更高的条件下，液膜可能不再存在， 这就是单纯的雾状流。

（4）长泡流。在低气速时，气体以长形气泡的形式紧贴在管道上壁向前移动。有的文献中用活塞流 ( Plug Flow)名称。也有的文献将这种流型称为气泡流(Bubble Flow) 。在长泡流中液体是连续相。

（5）液节流。如再增加气速，长泡增大，其截面可增至接近管子整个面积，液体被分成一节节地向前移动，从而形成液节流。

（6）分散气泡流。在高速流动的液体中， 气体被分散成小气泡， 比较均匀地分布在管截面上。有的文献中称它为泡沫流 ( Froth Flow ) 。也有将它和长泡流混为一谈的，统称为气泡流。分散气泡流的液相是连续的。

流型垂直管道中

在垂直管内，典型的气液两相向上流动时发生的流型有气泡流、液节流、泡沫流和环-雾状流等，如图2所示。

较流行的流型判别方法有 Baker、Brill、Beggs-Brill、Taitel、SCA(段塞特征分析法)等几种方法。经过算例的对比发现，每种判别方法都有其各自的适用范围。其中，Baker、Beggs-Brill 方法在进行流型判别时没有考虑管线倾角的影响，而且只是针对有限的实验介质进行的归纳总结，没有充分考虑气液物性对流型转变的影响。相比之下，Taitel 是近年来在数值计算中采用最为广泛的流型判别准则。由于 Taitel 准则是利用非粘性理论推导而来的，只能适用于低粘性流体。对于粘性不能忽略的石油工业，Taitel 判断准则的分层流范围过小。SCA 法从段塞流的稳定性机理出发，其中关于段塞流的经验公式涵盖了各种管径的管道，较为成熟，但其缺点在于，进行流型判别时将分散气泡流的范围设定的过大 。2100433B

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