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氣液兩相流動(dòng)

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2023-02-01
開本： 其他 頁(yè)數(shù)： 300
中 圖 價(jià):¥70.3(7.9折) 定價(jià)  ¥89.0 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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氣液兩相流動(dòng) 版權(quán)信息

  • ISBN：9787030729378
  • 條形碼：9787030729378 ; 978-7-03-072937-8
  • 裝幀：一般膠版紙
  • 冊(cè)數(shù)：暫無
  • 重量：暫無
  • 所屬分類：>

氣液兩相流動(dòng) 內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書以核動(dòng)力裝置中氣液流動(dòng)和水下運(yùn)動(dòng)體空泡流動(dòng)為主要對(duì)象，介紹兩相水力學(xué)的基本概念、基本原理和計(jì)算、分析方法。全書分9章，包括氣液兩相流動(dòng)的研究方法、流型和流型圖、數(shù)學(xué)模型與基本方程、空泡份額的計(jì)算、壓降的計(jì)算、臨界流動(dòng)、流動(dòng)不穩(wěn)定性、倒U形傳熱管內(nèi)兩相流動(dòng)倒流和水下運(yùn)動(dòng)體外部的空泡流動(dòng)等內(nèi)容。為便于讀者深入學(xué)習(xí)，每章后附有相關(guān)的參考文獻(xiàn)和少量習(xí)題。

氣液兩相流動(dòng) 目錄

目錄
第1章　緒論　1
1.1　概述　1
1.2　研究方法　1
1.3　基本宏觀物理量　2
1.3.1　相標(biāo)識(shí)　2
1.3.2　基本物理量　3
習(xí)題1　8
參考文獻(xiàn)　9
第2章　兩相流動(dòng)的流型與流型圖　10
2.1　流型與流型圖的特點(diǎn)　10
2.2　垂直管與水平管中的流型　11
2.2.1　垂直絕熱管中向上流動(dòng)　11
2.2.2　水平絕熱管中的流動(dòng)　12
2.2.3　垂直加熱管中向上流動(dòng)　14
2.2.4　水平加熱管中的流動(dòng)　15
2.3　流型圖　16
2.4　傾斜管中的流型與流型圖　19
2.5　U形管中流型及其流型圖　20
2.6　棒束或管束中的流型與流型圖　22
2.6.1　兩相流縱向沖刷棒束　22
2.6.2　橫掠管束時(shí)的流型　23
2.7　特殊工況下的流型　24
2.7.1　阻液與倒流現(xiàn)象　24
2.7.2　臨界熱流后流動(dòng)膜態(tài)沸騰流型　25
2.7.3　失水事故再淹沒階段中的流型　25
2.8　流型之間的過渡準(zhǔn)則　26
2.8.1　基本無量綱組合量　26
2.8.2　水平流動(dòng)　27
2.8.3　垂直流動(dòng)　29
習(xí)題2　32
參考文獻(xiàn)　32
第3章　數(shù)學(xué)模型與基本方程　33
3.1　概述　33
3.2　單相流體一維流動(dòng)的基本方程　34
3.2.1　連續(xù)方程　34
3.2.2　動(dòng)量方程　34
3.2.3　能量方程　35
3.3　分相流模型的基本方程　35
3.3.1　分相流模型概述　35
3.3.2　連續(xù)方程　36
3.3.3　動(dòng)量方程　36
3.3.4　能量方程　38
3.4　均相流模型的基本方程　39
3.4.1　均相流模型概述　39
3.4.2　連續(xù)方程　40
3.4.3　動(dòng)量方程　40
3.4.4　能量方程　41
3.4.5　動(dòng)量方程與能量方程的比較　41
3.4.6　狀態(tài)方程式　42
習(xí)題3　43
參考文獻(xiàn)　44
第4章　空泡份額的計(jì)算　45
4.1　概述　45
4.2　滑速比模型　45
4.3　Smith混臺(tái)相-單相并流模型　47
4.4　變密度模型　48
4.4.1　圓管內(nèi)和無限長(zhǎng)平板間通道　48
4.4.2　矩形通道　50
4.5　Zivi*小熵增模型　53
4.5.1　不考慮壁面摩擦的情況　54
4.5.2　考慮壁面摩擦的情況　54
4.5.3　氣相有夾帶的情況　55
4.5.4　考慮壁面摩擦且氣相有夾帶的情況　56
4.6　漂移流模型　59
4.6.1　圓管空泡份額計(jì)算式　59
4.6.2　不同流型下的空泡份額　62
4.7　Levy動(dòng)量交換模型　64
4.8　環(huán)狀流空泡份額的解析分析法　66
4.8.1　純環(huán)狀流基本關(guān)系　66
4.8.2　氣芯夾帶液滴的情況　71
4.9　空泡份額的其他計(jì)算方法　72
4.9.1　Hughmark方法　72
4.9.2　Thom方法　73
4.9.3　Lockhart-Martinelli方法　74
4.9.4　非圓形通道關(guān)系式　74
4.10　不同模型計(jì)算結(jié)果的比較　75
4.11　欠熱沸騰區(qū)空泡份額的計(jì)算　80
4.11.1　流動(dòng)區(qū)域劃分　80
4.11.2　Bowring方法　82
4.11.3　Rouhani方法　84
4.11.4　Levy方法　87
習(xí)題4　89
參考文獻(xiàn)　89
第5章　兩相流動(dòng)壓降的計(jì)算　91
5.1　概述　91
5.2　分相模型的流道壓降計(jì)算　92
5.2.1　加速壓降　92
5.2.2　重力壓降　92
5.2.3　摩擦壓降　93
5.3　均相模型的流道壓降計(jì)算　102
5.3.1　加速壓降　102
5.3.2　重力壓降　103
5.3.3　摩擦壓降　104
5.4　兩相流動(dòng)壓降的其他計(jì)算方法　107
5.4.1　Baroczy方法　108
5.4.2　Chisholm方法　112
5.4.3　Friedel經(jīng)驗(yàn)式　113
5.4.4　蘇聯(lián)鍋爐水動(dòng)力計(jì)算方法　113
5.4.5　實(shí)用推薦計(jì)算式　115
5.5　兩相局部壓降計(jì)算　116
5.5.1　漸變接頭　116
5.5.2　突變接頭　117
5.5.5　突縮接頭　119
5.5.4　彎頭　120
5.5.5　三通、閥門和其他連接管件　122
5.5.6　孔板　123
習(xí)題5　126
參考文獻(xiàn)　127
第6章　氣液兩相臨界流動(dòng)　128
6.1　概述　128
6.2　單相臨界流動(dòng)　129
6.3　兩相臨界流模型　131
6.4　兩相臨界流動(dòng)的計(jì)算　134
6.4.1　兩相臨界流動(dòng)的均相平衡模型計(jì)算方法　134
6.4.2　兩相臨界流的分相模型計(jì)算方法　136
6.5　流動(dòng)準(zhǔn)則　159
6.5.1　單相臨界流動(dòng)準(zhǔn)則的簡(jiǎn)要回顧　159
6.5.2　兩相臨界流動(dòng)準(zhǔn)則　159
習(xí)題6　161
參考文獻(xiàn)　161
第7章　氣液兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性　163
7.1　概述　163
7.2　兩相界面不穩(wěn)定性　163
7.3　兩相流動(dòng)不穩(wěn)定特性　169
7.3.1　不穩(wěn)定性概述　169
7.3.2　典型兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性機(jī)理與特征　172
7.4　兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性分析　180
7.4.1　靜態(tài)不穩(wěn)定性分析　180
7.4.2　動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性的線性分析　183
7.4.3　兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性的非線性分析　207
習(xí)題7　213
參考文獻(xiàn)　214
第8章　倒U形傳熱管內(nèi)兩相倒流分析　215
8.1　概述　215
8.2　倒U形傳熱管內(nèi)倒流特性分析模型　216
8.2.1　摩擦壓降計(jì)算　216
8.2.2　重力壓降計(jì)算　217
8.2.3　加速壓降與局部壓降計(jì)算　221
8.3　倒U形傳熱管倒流特性的計(jì)算　222
8.4　倒流影響因素分析　225
8.5　正流流量漂移現(xiàn)象　239
習(xí)題8　243
參考文獻(xiàn)　244
第9章　水下運(yùn)動(dòng)體外部的空泡流動(dòng)　245
9.1　概述　245
9.1.1　空泡形成機(jī)理及其危害　245
9.1.2　超空泡現(xiàn)象及其應(yīng)用　247
9.2　亞聲速細(xì)長(zhǎng)錐型射彈超空泡形態(tài)分析　250
9.2.1　水下亞聲速射彈可壓縮超空泡流動(dòng)數(shù)學(xué)模型　250
9.2.2　水下亞聲速射彈超空泡形態(tài)近似解　252
9.2.3　水下亞聲速射彈超空泡形態(tài)計(jì)算結(jié)果與分析　256
9.3　超聲速細(xì)長(zhǎng)錐形射彈超空泡形態(tài)分析　257
9.3.1　水下超聲速射彈可壓縮超空泡流動(dòng)數(shù)學(xué)模型　257
9.3.2　水下超聲速射彈超空泡形態(tài)近似解　259
9.3.3　水下超聲速射彈超空泡形態(tài)計(jì)算結(jié)果與分析　260
9.4　亞超聲速細(xì)長(zhǎng)錐射彈超空泡流離散遞推算法　262
9.4.1　考慮重力和壓縮性的超空泡流動(dòng)數(shù)學(xué)問題　262
9.4.2　水下亞、超聲速條件下的積分-微分方程　263
9.4.3　積分-微分方程的離散及迭代解法　264
9.4.4　重力及壓縮性對(duì)超空泡流動(dòng)的影響分析　265
9.5　低亞聲速射彈垂直入水段超空泡流數(shù)值分析　271
9.5.1　流固耦合的有限元數(shù)學(xué)模型　271
9.5.2　典型算例及結(jié)果驗(yàn)證　272
9.5.3　低亞聲速射彈垂直入水段數(shù)值計(jì)算　274
9.6　水下回轉(zhuǎn)體水平運(yùn)動(dòng)超空泡流動(dòng)數(shù)值分析　278
9.6.1　均相混合物模型流動(dòng)的基本方程　278
9.6.2　傳輸方程的主要空化模型　279
9.6.3　數(shù)值計(jì)算方法的主要特點(diǎn)　280
9.6.4　部分典型計(jì)算結(jié)果及分析　280
習(xí)題9　284
參考文獻(xiàn)　284
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氣液兩相流動(dòng) 節(jié)選

**章緒論 1.1　概述 兩相流動(dòng)是指固體、液體、氣體三個(gè)相中的任何兩個(gè)相組合在一起、具有相間界面的流動(dòng)體系，例如氣體-液體、液體-固體或固體-氣體組合的流動(dòng)體系。這里的相是物質(zhì)所處狀態(tài)，是任一系統(tǒng)中具有相同成分、相同理化性質(zhì)的均勻物質(zhì)部分。兩相流動(dòng)中的兩相可以按化學(xué)成分是同一種物質(zhì)的不同相態(tài)，也可為兩種物質(zhì)的不同相態(tài)。因此，可以分為單組分兩相流動(dòng)和雙組分兩相流動(dòng)。其中，單組分兩相流動(dòng)是由同一種化學(xué)成分的物質(zhì)的兩種相態(tài)混合在一起的流動(dòng)體系[1-2]。例如水及水蒸氣構(gòu)成的汽-水兩相流動(dòng)體系。雙組分兩相流動(dòng)是指化學(xué)成分不同的兩種物質(zhì)同處于一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的流體流動(dòng)，例如空氣-水構(gòu)成的氣-水兩相流動(dòng)體系。本書所討論的兩相流動(dòng)主要是氣液兩相流動(dòng)，包括水蒸氣-水組成的氣液兩相流動(dòng)。 兩相流動(dòng)是自然界和工業(yè)應(yīng)用中一種常見的流體流動(dòng)現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱為兩相流。例如：血液流動(dòng)、路面上的車流、蒸汽供熱管道內(nèi)的流動(dòng)、煤與油燃燒過程、沸水堆內(nèi)流動(dòng)及石油輸送過程等，都是一些普通的兩相或多相流動(dòng)體系。近幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，兩相流在核能、動(dòng)力、石油、化工、冶金、制冷、食品、航空與航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，也促進(jìn)了兩相流的研究。但是，兩相流除包含單相流所具有的復(fù)雜性（如湍流等）外，還存在相間相互作用及相邊界（界面）的變形等因素，同時(shí)，在兩相流中，不僅每一相中分別會(huì)出現(xiàn)層流和湍流，相位分布（phase distribution）的結(jié)構(gòu)還會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)很多其他的流型，這些都使得兩相流的研究變得極為復(fù)雜[3-4]。目前為止，無論是在理論上，還是方法上，以及測(cè)量手段上，有關(guān)兩相流的研究還不是很充分。 在氣液兩相流動(dòng)中，兩相介質(zhì)都是流體，各自都有相應(yīng)的流動(dòng)參數(shù)。另外，由于兩相介質(zhì)之間的相互作用，還出現(xiàn)了一些相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)。為了便于兩相流動(dòng)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，還常使用折算參數(shù)（或稱虛擬參數(shù)），這使得兩相流動(dòng)的參數(shù)比單相流復(fù)雜得多。本章就兩相流動(dòng)中一些主要的宏觀參數(shù)予以討論，并給出計(jì)算關(guān)系式。 1.2　研究方法 分析兩相流動(dòng)的方法大致有以下幾種[1-2]。 （1）經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式是工程計(jì)算中*常用的方法，這種關(guān)系式應(yīng)用方便，只要設(shè)計(jì)對(duì)象與賴以獲得關(guān)系式的實(shí)驗(yàn)條件相同，就會(huì)獲得良好結(jié)果。但此方法并不揭露問題的物理本質(zhì)，無法獲得改善設(shè)計(jì)的方向。由于兩相流動(dòng)的復(fù)雜性，以及該學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀，目前工程應(yīng)用尚需求助于經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。 （2）簡(jiǎn)單模型分析法。這是一種常用的工程模型分析法，它并不細(xì)致分析流動(dòng)特性，而是選擇關(guān)鍵特征并引入物理假定來建立供分析用的模型。在許多情況下，還可以利用模型組織實(shí)驗(yàn)和估計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)。常用的模型有均相模型、分相模型以及適用于特定流型的一些分析方法。按不同流型提出的計(jì)算模型，比均相模型和分相模型更合理，但必須同時(shí)規(guī)定流型間的過渡條件。 （3）積分分析法。以積分形式的流動(dòng)方程為基礎(chǔ)，用滿足一定邊界條件的分布函數(shù)作為積分方程的近似函數(shù)。這種積分分析法是單相附面層理論常用方法。它也可以應(yīng)用于兩相流動(dòng)，如流動(dòng)沸騰的分析。 （4）微分分析法。建立由質(zhì)量、動(dòng)量、能量方程組、邊界條件以及結(jié)構(gòu)方程構(gòu)成合適的閉合兩相流動(dòng)基本場(chǎng)微分方程組，由此解出兩相參數(shù)分布。但方程多而復(fù)雜時(shí)，必須進(jìn)行簡(jiǎn)化。兩相流體模型便是其中一種。這種方法的適用程度視問題而異，但絕大多數(shù)情況下，計(jì)算極為復(fù)雜。因此，目前尚不能在實(shí)際設(shè)計(jì)中廣泛運(yùn)用。但是，可以用這種方法研究如何改善工程基本特性和分析變化趨勢(shì)。例如，用于反應(yīng)堆事故分析。 （5）普適現(xiàn)象分析法。普適現(xiàn)象是指與流型、分析模型及具體系統(tǒng)無特殊聯(lián)系的一些普遍物理現(xiàn)象。據(jù)此建立的分析方法便稱為普適現(xiàn)象分析法。例如，運(yùn)用波動(dòng)原理、極值原理等求解所研究的物理問題。 上述僅是在氣液兩相流動(dòng)分析中的一些主要研究方法，其他諸如時(shí)間序列分析方法與現(xiàn)代譜估計(jì)方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法、流動(dòng)層析成像分析方法、系統(tǒng)辨識(shí)分析法等在氣液兩相流動(dòng)研究中也有所運(yùn)用。 1.3　基本宏觀物理量 1.3.1　相標(biāo)識(shí) 1.獨(dú)立變量 兩相流中通用的獨(dú)立變量與單相流一樣，包括空間坐標(biāo)與時(shí)間變量？臻g坐標(biāo)是一個(gè)矢量，可以采用標(biāo)量化的三個(gè)坐標(biāo)x，y，z表示；時(shí)間通常采用t表示。 2.因變量 通常采用的因變量與單相流一樣，它們包括速度、壓力、溫度等。由于各相中的速度、溫度和壓力各不相同，所以，分別用下標(biāo)表示兩相的特性參數(shù)。 本書用下標(biāo)s表示固相，下標(biāo)l表示液相，下標(biāo)v表示氣相，下標(biāo)lv表示給定工況下的氣液兩相特性參數(shù)差值。 1.3.2　基本物理量 兩相流動(dòng)中基本物理量與單相流在很多方面是一樣的，但在氣液兩相流動(dòng)中，兩相流體各自都有相應(yīng)的流動(dòng)參數(shù)，為了描述和研究?jī)上嗔鲃?dòng)現(xiàn)象，需要引入更多的基本物理量[2，5]。 1.質(zhì)量流量 兩相流體的總質(zhì)量流量為，單位為kg/s，定義為單位時(shí)間內(nèi)流過任一流道截面的氣液混合物的總質(zhì)量。每一相的質(zhì)量流量與總質(zhì)量流量關(guān)系為 （1-3-1） 2.質(zhì)量流速 流道單位截面所通過的質(zhì)量流量稱為質(zhì)量流速或質(zhì)量流密度，單位為kg/（m2 s），用G表示兩相流質(zhì)量流速、Gv表示氣相質(zhì)量流速和Gl表示液相質(zhì)量流速。例如 （1-3-2） （1-3-3） （1-3-4） 其中：分別表示氣、液相密度。 可見質(zhì)量流速是以流道面積作為定義標(biāo)準(zhǔn)的，因此有 （1-3-5） 3.體積流量 兩相流動(dòng)的總體積流量為Q，單位為m3/s，定義為單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)任一流道截面的氣液混合物的總體積。顯然，總體積流量為每一相體積流量之和，即 （1-3-6） （1-3-7） （1-3-8） 4.相速度 相速度就是氣液相的真實(shí)平均速度，氣相的相速度定義為 （1-3-9） 液相的相速度定義為 （1-3-10） 5.表觀速度 表觀速度又稱體積流密度，單位為m/s，定義為單位流道截面上的體積流量用j表示兩相流表觀速度、表示氣相表觀速度和表示液相表觀速度。例如 （1-3-11） （1-3-12） （1-3-13） 其中j實(shí)際上是兩相流混合物體心平均速度？梢妰上嗔骺偟谋碛^速度是氣液相經(jīng)過截面權(quán)重后的平均速度。 6.空泡份額 空泡份額是指兩相流中某一截面上，氣相所占截面與兩相流道截面之比。其表達(dá)式為 （1-3-14） 式中：，分別為氣相和液相所占的流道截面積。同理 （1-3-15） 稱為截面含液率。 由式（1-3-9）、式（1-3-10）、式（1-3-12）～式（1-3-15）可得 （1-3-16） （1-3-17） 7.流動(dòng)體積份額（或體積含氣率） 流動(dòng)體積份額或體積含氣率是指單位時(shí)間，流過通道某一截面的兩相流總體積中，氣相所占的比例份額。其表達(dá)式為 （1-3-18） 同樣，體積含液率為 （1-3-19） 由式（1-3-12）與式（1-3-18），可得 （1-3-20） 8.滑速比 兩相流體中氣相速度可能不等于液相速度，亦即兩相之間存在滑動(dòng)。將兩相流中的氣相速度比上液相速度定義為滑速比，用S來表示，即 （1-3-21） 9.質(zhì)量含氣率 質(zhì)量含氣率經(jīng)常稱為含氣率或干度，它是指單位時(shí)間內(nèi)，流過通道某一截面的兩相流中氣相質(zhì)量流量所占總質(zhì)量流量的比例份額，也稱為流動(dòng)質(zhì)量含氣率，用x表示，即 （1-3-22） 而流動(dòng)質(zhì)量含液率為 （1-3-23） 通常由式（1-3-22）與式（1-3-23）得到的含氣率在0到1的范圍。 在熱力學(xué)中，經(jīng)常使用靜態(tài)含氣率或熱力學(xué)含氣率的概念。它是由熱平衡方程定義的含氣率，可根據(jù)兩相流所處的熱力學(xué)狀態(tài)求得含氣率為 （1-3-24） 式中：為兩相流體的焓；為兩相流體中飽和汽的焓；為兩相流體中飽和液的焓；稱為汽化潛熱。對(duì)同一種工質(zhì)的兩相流，如水與水蒸氣，在欠熱沸騰的情況下，兩相流體的焓小于飽和水的焓，x小于零。對(duì)于過熱蒸汽，兩相流體的焓大于飽和汽的焓，則x大于1。因此熱力學(xué)含氣率可以小于零也可以大于1，這是它與流動(dòng)質(zhì)量含氣率的主要差別。 根據(jù)以上參數(shù)的定義可以導(dǎo)出質(zhì)量動(dòng)態(tài)含氣率x與、、、的關(guān)系，即 （1-3-25） （1-3-26） （1-3-27） （1-3-28） （1-3-29） （1-3-30） 從以上式子可以看出，當(dāng)S=1時(shí)，同樣，兩相之間沒有相對(duì)滑動(dòng)時(shí)。其中，式（1-3-28）～式（1-3-30）是一個(gè)非常有用的關(guān)系式，表明在兩相流的測(cè)量中，三者之間只要測(cè)得其中兩個(gè)參數(shù)，相當(dāng)于測(cè)得第三個(gè)參數(shù)，即在實(shí)踐中，我們可以利用較為容易測(cè)量的參數(shù)來獲得不易測(cè)得的參數(shù)。 例1-3-1　壓力為0.1MPa與6.8MPa的蒸汽-水混合物系統(tǒng)，水蒸氣的質(zhì)量含氣率x為2，滑速比S=1，分別計(jì)算對(duì)應(yīng)的空泡份額。 解　讀者可查水蒸氣表得：在0.1MPa工況下，在6.8MPa工況下。由此得知在0.1MPa與6.8MPa工況下的空泡份額分別為 例1-3-1說明，即使含氣率很小，在壓力較小時(shí)，空泡份額數(shù)值已相當(dāng)大，流場(chǎng)的不均一性相當(dāng)可觀。因此，必須充分注意兩相不均一性帶來的影響[2]。并且，不均一性程度隨壓力不同而不同，在低壓下尤為顯著。 10.真實(shí)密度 在許多場(chǎng)合，需要將兩相混合物作為一個(gè)整體而不是分別針對(duì)每一相進(jìn)行描述，如混合物的密度；旌衔锩芏扔址Q為兩相流體的真實(shí)密度，是單位體積內(nèi)兩相流體的質(zhì)量，它反映了存在于流道中的兩相介質(zhì)的實(shí)際密度。任意微元體Adz中的兩相混合物的質(zhì)量是 （1-3-31） 因此，真實(shí)密度或混合物密度定義為 （1-3-32） 對(duì)應(yīng)于真實(shí)密度或混合物密度的比容為 （1-3-33） 式中：，分別為液相、氣相的比容。按照混合物密度的定義可得 （1-3-34） 11.流動(dòng)密度 流動(dòng)密度是單位時(shí)間內(nèi)流過流道任一截面的兩相混合物質(zhì)量流量與體積流量之比，即 （1-3-35） 對(duì)應(yīng)于流動(dòng)密度的比容為

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