基于流型劃分的模型

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1、基于流型劃分的模型摘要：多相流動(dòng)是自然界、人類日常生活和工程技術(shù)中最常見(jiàn)的現(xiàn)象，它比單相流具有更廣泛的的普遍性和實(shí)用性，但其物理特性及數(shù)學(xué)描述卻要復(fù)雜得多。因此研究多相流技術(shù)也就建立了各種模型。均相流模型、分相流模型、漂移通量模型、基于流型的模型和組合模型，這些都是常見(jiàn)的多相流模型。本文重在介紹基于流型的模型，包括貝克(Baker)計(jì)算模型和貝格斯－比爾(Beggs—Brill)計(jì)算模型。關(guān)鍵詞Baker計(jì)算模型Beggs—Brill計(jì)算模型1引言基于流型劃分的模型是對(duì)于各類多相流中的各種流型，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立一系列的經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式，并繪制出流型圖，供工程應(yīng)用。常見(jiàn)的

2、模型有貝克(Baker)計(jì)算模型和貝格斯－比爾(Beggs—Brill)計(jì)算模型，后文將具體介紹這兩種模型。2常見(jiàn)的計(jì)算模型在多相流工藝計(jì)算中，最重要的就是計(jì)算壓降和持液率兩個(gè)工藝參數(shù)。下面是常見(jiàn)計(jì)算模型計(jì)算重要工藝參數(shù)的方法。2.1貝克(Baker)計(jì)算模型貝克計(jì)算模型主要用于計(jì)算水平或微小傾角氣液兩相管路的壓降。在進(jìn)行壓降計(jì)算前，先要用貝克（Baker）流型圖進(jìn)行流型的判別。不同的流型有不同的計(jì)算公式。2.1.1貝克（Baker）流型圖判別流型1958年，貝克提出一幅通用于各種介質(zhì)的水平管流型分界圖。該圖在提出后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)獲得了廣泛應(yīng)用。貝克法(7種流型)

3、將流型分為:氣泡流、氣團(tuán)流、分層流、波浪流、沖擊流、環(huán)狀流和彌散流。其流型劃分圖如圖2-1所示。圖的縱坐標(biāo)以/表示，橫坐標(biāo)以/表示。這兩組變量分別正比于氣相質(zhì)量速度和液、氣相質(zhì)量速度之比值。參數(shù)θ和ψ分別定義為:（2.1）（2.2）式中：Δg——管路條件下氣體對(duì)空氣的相對(duì)密度；Δl——管路條件下液體對(duì)水的相對(duì)密度；σw——水的表面張力，σw=73×10-3N/m；σ1——液面的表面張力，N/m；μw——水的粘度，取lmPa·s；μ1——液相粘度，mPa·s為了便于在計(jì)算機(jī)上使用，可用圓錐曲線和直線對(duì)各流型分界線進(jìn)行回歸，得到各流型的分界線：1）分界曲線C1~C4的方程

4、：C1：（2.3）其中：t1=-0.2416111x-0.3066479S1=t12-1.88392(-0.03503182x+0.0009900329)(x+1)C2：（2.4）其中：t2=0.9651259x-2.929975S2=t22+2.507024(-0.6786298x+1.371668)(x-0.3992537)C3：（2.5）其中：t3=-0.1802189x-0.6310028S3=t32-1.68626(-0.06970762x+0.3322258)(x+0.1417911)C4：（2.6）其中：t4=0.03879953y-0.5815664S

5、4=t42+0.1132445(-0.1796877y+0.7710848)(y-5)2）分界直線：L1~L3的方程為：L1：（2.7）L2：（2.8）L3：（2.9）3）流型判別程序流程圖（見(jiàn)圖2-2）開(kāi)始輸入已知數(shù)據(jù)計(jì)算Bx,By,x,yP(x,y)在L1之下嗎？P(x,y)在C1之下嗎？波狀流層狀流P(x,y)在C4及L3之右嗎？P(x,y)在L2之下嗎？P(x,y)在C2之下嗎？P(x,y)在C3之下嗎？氣泡流氣團(tuán)流沖擊流環(huán)狀流按流型計(jì)算相關(guān)參數(shù)輸出流型結(jié)束霧狀流是是是是是否否否否否否是圖2-2貝克流型判別程序流程圖4）確定流型的參數(shù)計(jì)算公式（2.10）（2.

6、11）（2.11）（2.12）2.2.2計(jì)算壓降計(jì)算壓降的通用公式：（2.13）式中：——管道內(nèi)只有氣相單獨(dú)流動(dòng)時(shí)的壓降梯度；——管道內(nèi)只有氣相單獨(dú)流動(dòng)時(shí)的壓降；——?dú)庀鄩航嫡鬯阆禂?shù)；L——管道長(zhǎng)度。式（2.13）的求解關(guān)鍵在于求氣相壓降折算系數(shù)，對(duì)于不同的流型，它們的取值各不相同：氣泡流：（2.14）氣團(tuán)流：(2.15)分層流：(2.16)沖擊流：(2.17)環(huán)狀流：(2.18)(注:當(dāng)d>0.25m時(shí)，取d=0.25m)式中：△PL——管道內(nèi)只有氣相單獨(dú)流動(dòng)時(shí)的壓降，Pa；A——流通面積，m2；d——管道內(nèi)徑，m；GL——液相質(zhì)量流量，kg/s；Gg——?dú)庀噘|(zhì)量流

7、量，kg/s；μg——管道中氣相的動(dòng)力粘度，mPa·s；μL——管道中液相的動(dòng)力粘度，mPa·s；wsg——?dú)庀嗾鬯闼俣?，m/s。另外，波浪流壓降計(jì)算采用漢廷頓（Huntington）公式：（2.19）（2.20）2.2貝格斯－比爾(Beggs—Brill)計(jì)算模型貝格斯—比爾模型可用于傾斜管路的壓降和持液率計(jì)算。該模型主要用于傾斜兩相流管路，但也可用于水平管。貝格斯—比爾將多相流分為四種流型：分離型，過(guò)渡型，間歇型和分散型。2.2.1持液率計(jì)算按管路所處流型，可首先確定出管路的持液率。分離流、間歇流和分散流的水平管持液率從按下式計(jì)算：（2.21）（