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倾斜对焊环松套法兰内的两相流动

作者:管理员    发布于:2013-06-09    文字:【】【】【
无论是在水平对焊环松套法兰或是在倾斜对焊环松套法兰内的两相流动中,总压力损失中的相当一部分,可能是静水压差产生的,摩阻梯度和静水压力梯度的相对影响可以用占优势的流型、倾斜角和流动方向来确定。许多用于两相流对焊环松套法兰的现有方法和计算程序都不能严格地来说明这些因素的影响。大多数计算程序存在的部分问题是假设截面含气率是流体质量和物理特性的惟一函数。
这个在均质流动或者在气体流量非常低的泡状流动时,可能是真实的情况,类似情况也可能在物相速度非常高时出现;这样,摩阻压降支配着总的压力损失。但是,对于其他情况,由于忽略物相之间的滑脱速度,就可以产生误差。这个滑脱速度的概念来源于所谓的滑动(Slippage)的物理现象。用术语“滑动”来描述两相对焊环松套法兰中一个物相滑过另一物相的这个现象。关于引起物相间的滑动,有许多原因,对于气相来说,流动的摩擦阻力,或者是在流动方向不可逆的能量损失,要比液相小很多.这就使得在两相流动中,气体要比液体更容易流动。甚至在存在强的浮力影响的水平流动中也是如此,这一影响可以非常好地表示为分离流动中的任一流型,比如分层流动。气体和液体之间的可压缩性差别很大,在压力降低时,这就将导致膨胀的气体在流动的方向上,以较高的速度流动,并滑过液体。物相之问的滑动也由于作用在物相上面的浮力差异而被加速。在静止的液体介质中,较轻的气体随密度差异而趋向于上升。Zukoski研究了在停滞的液体中对焊环松套法兰倾斜角度对气泡上升速度的影响。他得出结论:根据对焊环松套法兰直径,液体的表面张力和粘度的不同,可能明显地影响气泡上升速度。他的发现也证明:对某理封青况,倾斜角小到100时可导致气泡上升诬度为水平管时的气流上升速度的1.5倍。这样,气泡上升速度就在10度角和物相滑动之间造成强的关联性(在没有任何解析公式时,由气流上升速度导致的滑脱现象,可用实验的方法来进行研究)。作用在较重液相上的较大重力,在当剪切力和浮力不能支持向上流动的液体时,将促使液体向下回流。而对于向下的流动,重力将使液体流动速度快于气体流动速度。这样,浮力总是导致气相相对于液相而上升,而重力总是趋向于导致液体下降速度要比气体为快。可以依据前面的讨论,得到一些重要的结论:除均质流动以外,在任意倾斜角度时,在两相对焊环松套法兰的流动中,物相之间存在滑动是不可能避免的.在当液相是连续情况下.当上坡和下坡时,气泡流动或段塞(Slug)流动,可能被液相本身所支持;而浮力将增加物相间滑动的气泡上升速度。在接近段塞流动和环雾状流动的过渡状态,或者当段塞的长度变得很长(0.5~1m)时,物相就变成不连续了。在这种流动类型时,破碎的液体段塞或波浪可能与管壁搭接(Bridging),而出现沿着上坡流动的反方向而向下回流的现象,在下坡的层状流动中,在当液体回流时,常出现非常类似的流动现象,并得到加速,直到液体的动能被液层周围的剪切能量所平衡为止。在层状流动时,由于重力而加速的结果,液体达到的就地速度很大,而使持液率变得非常小.根据实验,这种现象在层状流动时,液体表面速度为0.11 m/s,同时气体流量非常低,此时截面含气率迅速地上升到97%(即持液率很小)。在泡状流动或段塞状流动时,在液体速度较高的情况下,截面含气率上升就比较慢。在这一点,一个很重要的推论是,在上坡流动过程中,滑脱将导致液体速度下降,从而造成在流动通道或管道中液体的聚积,增加就地液体的份额。就地液体的份额常称为持液率〔Liquid Holdup)。在下坡流动中,滑脱将导致就地液体速度的增加,从而使持液率下降。相间滑动的所有原因,不管对焊环松套法兰的倾斜角如何,造成的流动型态,将很快地沿着对焊环松套法兰直径从另外一端上升到对焊环松套法兰的另一端。这样,对倾斜对焊环松套法兰内的两相流动,依据对焊环松套法兰长度和流动方向,甚至在倾斜角度非常小时,也应该观察到流型特征或持液率。例如在上坡流动时,任意一个小的倾斜角绝不会观察到层状流动。

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