什么是流型-两相流-定义

观察到的流动结构被定义为两相流模式,并且这些具有特定的识别特性。流动模式 - 两相流

流动模式 - 两相流

处理的最具挑战性的方面之一两相流或多相流量这是它可以服用的事实许多不同的形式空间分布和速度液相和气相在流动通道中是许多工程分支中的非常重要的方面。压力下降并且w88优德备用网址 微博传热系数强烈地依赖于当地流动结构因此,在工程中具有重要的意义核反应堆。观察到的流动结构被定义为两相流模式这些都有特定的识别特征。这些不同的流动模式分类根据这一点流动方向相对于重力加速度。

  • 垂直管中的流动模式
  • 水平管中的流动模式
流模式
垂直管道的基本流型表。

主要流动制度在垂直管中显示在表格中。必须注意的值流动质量流速依赖于流体和压力。在水平管,还有分层流量(特别是在低流量下),两个阶段单独的在重力的作用下。

对于恒定的液体流速,蒸汽/气相倾向于分配为小气泡在低蒸汽流速下。空隙率增加原因聚集泡沫的更大的塞子和段塞。进一步凝聚的粘液,引起进一步空隙率增加导致阶段的分离环形图案其中液体在通道壁和蒸汽在中央核心流动垂直通道。

对于水平频道,重力倾向于将液体环空排向通道底部,从而导致分层流量。作用在液相上的重力可以通过高流速的动力克服,导致分层流动恢复为环形流。在非常高的流速下,环形膜通过蒸汽芯的剪切而变薄,并且所有液体夹带在气相中的液滴。这种流动制度通常被称为雾气流量

也可以看看:工程数据书III,Thome,J.R.,Wolverine Tube Inc,2004。

流动模式 - 垂直管

泡沫流
在气泡流中,液体的流速高到足以将气体分解成气泡,但又不足以使气泡在液相内很好地混合。的气泡尺寸和形状的差异很大,但大多数情况下,它们是接近球形的小于直径管。
弹状流
空隙率增加原因气泡的凝聚进入更大的塞子和段塞。这些块的尺寸与管直径相似。这些SLUIS以速度行进,该速度是气体速度的大部分并且间歇性发生。由于这些巨大的气体蛞蝓被液体的蛞蝓彼此分开,它们造成压力和液体流量波动大。在一些情况下,即使流体的净流向上,可以在管壁附近观察到向下流动。这是由此引起的地心引力
生产流
生产流,也称为泡沫流是两相流体流动的高度干扰。增加了块流的速度,导致流动的结构变为不稳定。搅动流的特征是存在一个非常厚,不稳定的液体膜,与液体经常上下振荡。由于它几乎混乱的属性,它是对气液流动状态了解最少的之一。

潮流流的典型例子是沸腾的核反应堆在意外。特别是对于许多事故情景,沸腾可能会导致高空隙率包括churn-turbulent流。其流动结构和引起的压力变化可能对安全产生很大的影响。

环状流
环状流是一种气液两相流态。它的特征是存在流动在通道墙上的液体膜(形成环形液体)而气体流作为一个连续的阶段上升在管的中心。流芯可以包含夹带的液滴。气核的速度非常大,大到足以在界面上引起高频波和波纹。这种流型特别稳定,是高速、高质量两相流体流动所需的流型。

在工业应用中发生绝热环形流量(无热交换)和蛋白质环形流量(带热交换):

如果是沸水堆,其中a相变(蒸发)发生时,详细了解这种流动状态是非常重要的。在给定的通过通道的流量、压力、流动质量和线性热流率的组合下,壁液体膜可以排气墙可能是。这种现象通常被称为“干涸”干涸伴随着一个壁面温度迅速升高对沸水反应堆的安全具有重要意义。

雾状流
雾状流是一种气液两相流态。它发生了非常高的流速非常高的流量质量。这种情况导致,在沟道壁上流动的液体膜通过界面上的气体剪切而变薄,直到它变得不稳定并且被破坏。雾气流夹带中的流动芯所有的液体都是液滴在气相。液滴可以湿润管壁,但这是发生的断断续续只有当地。在加热通道中,薄雾流态的存在伴随着壁面温度的显著升高和壁面温度的剧烈波动。
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起泡-弹状-搅动-环形-雾状-流动
在垂直管道中的两相流流量的流量制度草图。资料来源:Weisman, J.两相流型。第15章液体手册,Charemisinoff N.P.,Gupta R. 1983,Ann Arbor Science发布者。
流动模式 - 垂直流 - 休伊特
Hewitt和Roberts(1969)在3.2cm直径的管道中垂直流动的流态图,验证了大气压力下的空气/水流动和高压下的蒸汽/水流动。资料来源:Brennen, C.E,《多相流基础》,剑桥大学出版社,2005年,ISBN 0521 848040

流动模式-水平管

泡沫流
与垂直通道的泡状流动相比,水平通道的泡状流动为受重力的强烈影响。因为浮力,气泡分散在通道上半部分浓度较高的液体中。这种机制通常发生在流量较高,因为在较低的流速下,重力倾向于将液体环空排向通道的底部,从而导致分层流量
分层流量
在两相流体流动中重力起着非常重要的作用,因为具有较低密度(例如气体)的流体始终高于具有更高密度的流体。分层流在性质中很常见例如在海洋和大气中。在内部流动中,分层流发生在液体和气体速度低。随着气体的速度增加,水平界面变得更加令人不安,并且可以形成波。这种流动制度通常被称为分层波浪流动
插头流量和块状流量
进一步增加气体速度原因,即波浪到达管的顶部。无论是堵塞流还是段塞流,都特别取决于导致气泡聚集成更大的堵塞和段塞的空隙率。在塞流中,气泡直径小于管的直径。段塞的尺寸与管道直径相似。段塞运动的速度是气体速度的相当大的一部分,而且是间歇性的。由于这些巨大的气体蛞蝓被液体的蛞蝓彼此分开,它们造成压力和液体流量波动大
环状流
类似于垂直流动,在较大的气体流速下,液体形成一个连续的通道壁上有环形膜。水平环形流的特征是存在a较厚的液体薄膜在底部流动通道的墙壁上。气体在管中心以连续相的形式流动。流芯可以包含夹带的液滴。气核的速度非常大,大到足以在界面上引起高频波和波纹。这种流型特别稳定,是高速、高质量两相流体流动所需的流型。
雾状流
雾状流是一种气液两相流态。它以非常高的流速和非常高的流量质量发生。这种情况导致,在沟道壁上流动的液体膜通过界面上的气体剪切而变薄,直到它变得不稳定并且被破坏。雾气流中的流动芯将所有液体作为气相中的液滴纳入。液滴可以润湿管壁,但这发生在局部并且仅在局部发生。在加热的通道中,雾气流量的存在明显伴随着更高的墙面温度墙面温度的高波动。
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泡沫,插头,块,环形,雾,分层或波浪流动
水平管内两相流流型示意图。资料来源:Weisman, J.两相流型。第15章液体手册,Charemisinoff N.P.,Gupta R. 1983,Ann Arbor Science发布者。
流动模式 - 水平流量
空气/水混合物在水平直径2.5厘米的25◦C和1巴管道内的流动状态图。实线和点是跃迁条件的实验观测,而孵出的区域代表理论预测。资料来源:Mandhane, j.m., Gregory, G.A.和Aziz, K.A.(1974)。水平管道中气液流动的流型图。Int。j .多相流

蒸发过程中的流动形态

上一节介绍了各种各样的流模式很快描述了他们的行为。这些流动模式被认为是处于恒定的空隙率表面速度恒定。但是有许多工业应用需要考虑一个变量空隙率和可变的浅表速度。在核工业中,我们必须处理流动模式蒸发(即在变化期间空隙分数)。

详细的知识相变在相变期间流动的行为是A设计中最重要的考虑之一核反应堆,尤其在以下应用中:

  • 对流蒸发 - 垂直通道沸水反应堆
    • 一种沸腾的水反应堆冷却和主持用水像pwr一样,但是在a较低压力(7MPa),允许水在压力容器内沸腾生产运行涡轮机的蒸汽。因此蒸发直接发生在燃料通道中。因此,BWR是该区域的最佳示例,因为冷却剂的蒸发在正常操作时发生,并且是非常需要的现象。
    • 在沸水反应堆中有一种现象反应堆安全性最高。这种现象被称为“干涸”它直接相关流型变化在蒸发过程中。在正常时,通过沸光剂有效地冷却燃料表面。然而,当热通量超过a时临界价值(CHF -临界热流密度)的流型可以达到干涸条件(薄膜的液体消失)。从燃料表w88优德备用网址 微博面进入冷却剂的热传递劣化,结果是大幅度提高燃料表面温度
  • PWR - 加压水反应器
    • pwr正常操作这种流动被认为是单相的。但人们对。的性质进行了大量研究两相流的情况下瞬变和事故(如冷却丧失的事故 - RCPS的基因座或旅行),它们对反应堆的安全非常重要,必须在安全分析报告(SAR)。在PWR的情况下,有问题的现象不是干沟。在PWR的情况下,临界流量是反环状流。当燃料棒包层过热时发生这种流动,这导致形成a当地蒸汽层,导致传热能力显著降低。w88优德备用网址 微博这种现象被称为偏离核沸腾- DNB。图中描述了干燥后流和dnb后流的流型差异。
    • 在PWR中,蒸汽发生器中也发生蒸发。蒸汽发生器是热交换器用来转换进给蒸汽从一个核反应堆核心。蒸汽产生驱动涡轮机。
流动制度的差异:Dryout Vs. DNB
干涸与DNB
对流蒸发-水平通道
对流蒸发 - 垂直通道
对流蒸发 - 垂直通道 在垂直通道中的对流蒸发如图所示。该图显示了从入口到出口所遇到的流型的典型顺序加热通道。在入口处,液体进入过冷却(温度低于饱和度)。在该区域中,流量是单相。随着液体加热,壁温相应地升高。作为壁面温度超过饱和温度(例如285°C为6.8 MPa),逐渐煮沸开始。气泡在过热时成核边界层在加热的墙上,但倾向于浓缩散装散装

液体温度的进一步升高,使液体体积达到饱和温度对流沸腾过程通过泡沫流动弹状流。孔隙率的增加使流动结构变得不稳定。沸腾的过程经过段塞流和搅拌流环形流态以其特有的环形液体膜。在给定的通过通道的流量、压力、流动质量和线性热流率的组合下,壁液体膜可以排气墙可能是。在干号点处,壁温显着上升,以消散施加的热通量。在加热通道中的干扰后流动(雾或落流程)是不希望的,因为这种流动状态的存在伴随着显着更高的壁温和壁温波动的高波动。

对流蒸发 - 水平频道
在水平频道中对流蒸发与垂直通道中的蒸发非常相似。但 在水平通道中,重力倾向于将液体排入通道底部,气相集中在通道顶部。典型的流动状态,包括流动结构的横断面视图,有 在下图所示。

在入口处,液体进入过冷却(温度低于饱和度)。在该区域中,流量是单相。随着液体加热,壁温相应地升高。随着壁温超过的饱和温度(例如285°C为6.8 MPa),逐渐煮沸开始。对流沸腾过程通过泡沫,塞政权而“心流”可以是两者之一分层或不增值(取决于流速)。可以看出,在管的顶部发生通道干燥,其中膜厚度由于重力而薄。然后干涸沿着通道从顶部到底部围绕周边进展。

对流蒸发-水平通道

引用:
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