《核反应堆两相流与沸腾传热》研究生课程教学课件（讲稿）第二章 两相流流型

22第二章两相流流型国2.2两相流型分类流型图与转变准则Mishima和lshii流型转变准则垂直上升管内流型转变准则泡状流→弹状流竖直管内泡状流向弹状流的原因是小尺寸气泡的碰撞与聚合形成帽状气泡一旦帽状气泡形成，在其尾流区域将会出现更多气泡聚合现象。当空泡份额接近0.3时，气泡聚合几率显著增大，此时泡状流向弹状流转变假设气泡各自都分布在一彩响边界个正四面体的边角，如果气泡气泡气泡间距1小于2倍的气泡半径（2r），气泡的碰撞和聚合概率大大增加，于=2r是有：α=(2/3)=0.347气泡堆积示意图气泡影响边界范围

第二章 两相流流型 22 2.2 两相流型分类、流型图与转变准则  垂直上升管内流型转变准则 Mishima和Ishii流型转变准则 竖直管内泡状流向弹状流的原因是小尺寸气泡的碰撞与聚合形成帽状气泡， 一旦帽状气泡形成，在其尾流区域将会出现更多气泡聚合现象。当空泡份额α 接近0.3时，气泡聚合几率显著增大，此时泡状流向弹状流转变。 气泡堆积示意图 气泡影响边界范围   3   2 3 0.3 假设气泡各自都分布在一 个正四面体的边角，如果 气泡间距l小于2倍的气泡 半径（2rb），气泡的碰撞 和聚合概率大大增加，于 是有：  泡状流 弹状流

23第二章两相流流型国2.2两相流型分类流型图与转变准则Mishima和lshii流型转变准则垂直上升管内流型转变准则充弹状流泡状流结合由泡状流流型漂移速度推导而得的j和j关系式：agApCoj+2(1 -α)1-75P.aC.为考虑流速和空泡份额不均匀分布的参数PgP圆管：C。=1.2-0.2方管：C。=1.35-0.35JPfPf基于j。和j的泡状流向弹状流转变流型准则：3.330.76agAp7O

第二章 两相流流型 23 2.2 两相流型分类、流型图与转变准则  垂直上升管内流型转变准则 Mishima和Ishii流型转变准则  泡状流 弹状流 结合由泡状流流型漂移速度推导而得的 jg和 j f 关系式：   1 4 g 1.75 0 2 f 2 1 j g C j                C0为考虑流速和空泡份额不均匀分布的参数 g 0 f C 1.2 0.2   圆管：   方管： 0 1.35 0.35 g f C     基于 jg和 j f 的泡状流向弹状流转变流型准则： 1 4 2 0 0 f f g 3.33 0.76 1 g C C j j                   

24第二章两相流流型国2.2两相流型分类流型图与转变准则Mishima和lshii流型转变准则垂直上升管内流型转变准则弹状流→搅浑流整个流道区域空泡份额平均值α大于弹状气泡区域空泡份额平均值αm，αm即为弹状流向搅浑流转变的边界点。基于伯努利方程，，气弹顶部到端部局部空泡份额α(h）：液弹2ghAp/prα(h) =O/2ghAp/p,+(Co-1)j+0.35/ApgD/p交通大学气弹h液膜区空泡份额 α=→+(-α. )-[3006(D/,) (e/pD)/0-)a(h)LbCoj+0.35(ApgD/p)液膜0.75Vgs(C.-1)j+0.35ApgD/p弹状气泡区空泡份额平均值αm=1-0.813asb'fsbj+0.75/ApgD/p（ApgD/）CJe漂移流模型空泡份额关系式α=Coj +0.35(ApgD/pe)

第二章 两相流流型 24 2.2 两相流型分类、流型图与转变准则  垂直上升管内流型转变准则 Mishima和Ishii流型转变准则  弹状流 搅浑流 整个流道区域空泡份额平均值α大于弹状气泡区域空泡份额平均值αm，αm即为 弹状流向搅浑流转变的边界点。 基于伯努利方程，气弹顶部到端部局部空泡份额α(h)：     f f 0 f 2 2 1 0.35 gh h gh C j gD               液膜区空泡份额             1 2 f 1 0.2 2 3 2 0.2 0.2 sb f f 0 sb 1 3 0.06 0.35 gD j D v gD C j                     弹状气泡区空泡份额平均值   g 0 f 0.35 j C j gD     漂移流模型空泡份额关系式       0.75 0 f m 1 18 3 2 f f f 1 0.35 1 0.813 0.75 C j gD j gD gD v                       

25第二章两相流流型国2.2两相流型分类、流型图与转变准则Mishima和lshii流型转变准则垂直上升管内流型转变准则充→环状流搅浑流弹状气泡周边的液膜开始倒流液弹被破坏或夹带引起较大液波基于力的平衡分析可得：基于液滴夹带起始机理，可推导得到液膜的夹带起始准则关系式：1-aApgD(1-α)Je-j0.015p,a1+75(1-α) purjgPga+=NO.8VaP.A0TVPf液膜发生倒流的条件：Jr=0一旦气相流速大于搅混流流型对应的气泡1-αApgD流速时，液相将发生波动，随后液桥和液[0.015[1+75(1-α)]弹也以液滴形式被气相夹带，导致气弹间搅混流向环状流转变的空泡份额值α：的液弹消失，从而形成连续的气相中心。ApgDVo/ApgNo4(α-0.1))适用条件：α≥αmagApN02适用条件：D>JePP[(1- 0. 11C。)/C,]

第二章 两相流流型 25 2.2 两相流型分类、流型图与转变准则  垂直上升管内流型转变准则 Mishima和Ishii流型转变准则  搅浑流 环状流 • 弹状气泡周边的液膜开始倒流 • 液弹被破坏或夹带引起较大液波 基于力的平衡分析可得：     1 2 f g f g 1 1 1 75 1 0.015 j gD j j                                   液膜发生倒流的条件：j f =0    1 2 1.25 g g 1 0.015 1 75 1 gD j                 搅混流向环状流转变的空泡份额值α：   g g 0.11 gD j       基于液滴夹带起始机理，可推导得到液膜 的夹带起始准则关系式： f g g 0.8 f f u j N     1 2 N f f f = g                一旦气相流速大于搅混流流型对应的气泡 流速时，液相将发生波动，随后液桥和液 弹也以液滴形式被气相夹带，导致气弹间 的液弹消失，从而形成连续的气相中心。 1 4 0.2 g f 2 g g j N                 0.4 f 2 1 0.11 0 0 g N D C C          适用条件：  m 适用条件：

26第二章两相流流型流型图与转变准则国2.2两相流型分类Mishima和lshii流型转变准则副垂直上升管内流型转变准则10式（(3-36)空气-水A区域B25°C,0.1MPaDD:25.4mmLB I泡状流C弥散环状流IDA弹状流0.11Y环状流B搅混流C式（3-28)式（3-33)式 (3-1)0.0110.11100.01100气相表观流速/m·s-1管径25.4mm，竖直圆管向上流动，常温常压空气-水两相流型图

第二章 两相流流型 26 2.2 两相流型分类、流型图与转变准则  垂直上升管内流型转变准则 Mishima和Ishii流型转变准则 管径25.4 mm，竖直圆管向上流动，常温常压空气-水两相流型图