衰减螺旋环状流气核速度建模方法技术

本发明专利技术涉及一种衰减螺旋环状流气核速度建模方法，包括下列步骤：基于数值模拟软件对气液两相流流经螺旋流发生装置后的流动形态进行仿真计算，以获得衰减螺旋环状流的相分布、压力场以及速度分布信息；依据下列考虑和规律建模：忽略衰减螺旋气核的径向速度，衰减螺旋气核的切向速度分布符合“组合涡”分布特性；衰减螺旋气核的轴向速度场分布由“M”型逐渐转换为倒“U”型，当流动距离l大于11D时，气核的旋流特征基本消失；螺旋气核切向速度U

【技术实现步骤摘要】
衰减螺旋环状流气核速度建模方法


[0001]本专利技术涉及一种气液两相流领域中的衰减螺旋环状流气核速度场建模方法。

技术介绍

[0002]螺旋气液环状流动广泛存在于石油天然气，化工，核能等工业领域之中。由于螺旋气核沿流动方向l上的衰减速率不断变化，其分布特性对气液的相间作用力、相间速度滑差、压降梯度等均有较大影响，对螺旋环状流速度场变化的深入认识，对其在工业中的应用与设计具有重要意义。现存测量技术中，螺旋气核速度场的定量测量仍具有较大难度，主要是由于螺旋气液两相流中，液膜分布在管壁，且具有较大波动，使得螺旋环状流流场不透明，螺旋气核速度场难以被捕捉。
[0003]数值模拟方法是对螺旋环状流流场研究的重要手段之一，其能够相对准确地获得各种复杂流场变化规律，为工业应用设计提供指导。当螺旋流发生装置结构已知时，数值模拟能够通过计算得到不同工况条件下的螺旋环状流速度场、压力场及相场分布规律。
[0004]对于实际工业应用中，在已完成螺旋流发生装置结构设计步骤后，即装置结构确定后，我们往往希望快速地获得流场信息，以作为工业需求预判。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种衰减螺旋环状流气核速度建模方法，包括下列步骤：(1)基于数值模拟软件对气液两相流流经螺旋流发生装置后的流动形态进行仿真计算，以获得衰减螺旋环状流的相分布、压力场以及速度分布信息，设螺旋气核速度随流动距离l为螺旋流发生装置下游位置长度；螺旋流发生装置的尾端出口处记为0；径向位置r为管道内任意一位置距管道中心轴线的最小距离，0<r<R，R为管道半径；(2)依据下列考虑和规律建模：忽略衰减螺旋气核的径向速度，衰减螺旋气核的切向速度分布符合“组合涡”分布特性；衰减螺旋气核的轴向速度场分布由“M”型逐渐转换为倒“U”型，当流动距离l大于11D时，气核的旋流特征基本消失，其中，D为管道内径；(3)螺旋气核切向速度U
gw
呈典型的“组合涡”分布特性，建模方法如下：1)自由涡与强制涡的交界位置r
m
处，切向速度U
gw
具有最大值；将位置参数l，0D<l≤11D，对r
m
的影响主要分为两段，第一段为：旋流发展段，0D<l≤2.3D，取数值模拟结果不同工况条件下r
m
在该段的平均值r
m1
；第二段为：旋流衰减段，2.3D<l≤11D，故取数值模拟结果不同工况条件下r
m
在该段的平均值r
m2
；2)强制涡区，螺旋气核切向速度与径向位置r呈单调增加关系，增长的斜率受到位置l/D、体积含液率LVF或液相入口表观流速U
SL
以及气相入口表观流速U
SG
的影响；确定螺旋环状流在强制涡区域内，螺旋气核切向速度U
gw,F
，采用式(1)和式(2)分别表示：当满足条件0<r≤r
m
、0D<l≤2.3D时：当满足条件0<r≤r
m
、2.3D<l≤11D时：其中X
LM
为Lockhart
‑
Martinelli参数，也称L
‑
M参数，为液相惯性力与气相惯性力的比值的平方根，如式(3)所示：上式中，ρ
L
和ρ
G
分别为液相密度和气相密度；m
L
和m
G
分别为液相质量流量和气相质量流量；3)准自由涡区，螺旋气核切向速度与位置r呈单调递减关系，建立气核模型时需将液膜区去掉，即螺旋气核的外边界为R
‑
h
s
，h
s
为螺旋液膜厚度，与入口条件相关，同时与位置参数l/D相关，h
s
采用式(4)进行计算；最终确定螺旋环状流在准自由涡区域内，气核切向速度U
gw,Q
，采用式(6)和式(7)分别表示：上式中，μ
L
为液相动力粘度；
其中Frg为气相弗洛德数，采用式(5)进行计算：上式中，g为重力加速度；当满足条件rm<r≤R
‑
h
s
、0D<l≤2.3...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐英，汪晶晗，张雨萌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：