流型

流型研究的目的和意義為：不同流型具有不同的壓力、流量特徵，也具有不同的傳熱特性，不考慮流型變化的阻力和傳熱特性計算是粗糙和不可靠的。可以説流型是兩相流研究的基礎。50年代Baker等就證明了流動特性計算和流型間的這種依變關係。

過去，應用流型研究的方法為：

(1)進行大量的試驗；

(2)畫出流型圖；

(3)根據流動條件在流型圖上確定流型。

現在應用流型研究的方法為：

(1)根據試驗和理論分析，探討流型產生、發展的過程，建立流型轉變機理的數學物理模型；

(2)根據流型轉變的機理來判斷流型；

(3)然後，根據具體流型的特徵來建立相應的數學物理模型，進行流動特性和傳熱特性的計算。

流型的分類經歷了一個由粗到細；又由細到粗的過程。並不是越細越好；應以滿足工程實際應用和兩相流計算的需要為目的，摒棄那些似是而非，沒有顯著特徵的流型分類，將其歸併到其它流型中去。流動形態多種多樣，界限也不是十分清晰。在處理兩相流體力學問題時；可以人為地分為幾種流動形態，並且認為，在每一種流動形態範圍內，其流體力學特性是基本相同的。

常用的流型劃分方式一般為兩類，一類是按照兩相管輸中流體的外觀形狀來劃分；另外一類是按照管輸介質的連續性來劃分。

按流體的外觀形狀來劃分流型，其中一種典型的方式是按照氣體輸量由少到多來劃分，依次將流型劃分為氣泡流、氣團流、分層光滑流、分層波浪流、段塞流(段塞流)、環狀流、霧狀流。由於眾專家採用這種劃分方式使用的實驗手段和人為判斷的差異，這類劃分法所劃分的流型不僅數量不同，甚至連名稱也不統一。

為便於將兩相流問題與比較成熟的單相流流體力學相聯繫，同時又能將各種不同流型歸結為較少的幾種模式，相互之間有比較明確的區分特徵，簡化理論研究對象，從管輸介質的連續性出發，可將流型劃分為分散流、分離流、間歇流三種 ^[1]  。

在水平管道中，典型的流型有等，如圖1所示。在低液速範圍內，隨着氣速的增加依次發生分層流、波狀流和環-霧狀流三種流型；在中等液速範圍內，隨着氣速的增大，依次產生長泡流和液節流；在高液速下，隨着氣速的增大，產生分散氣泡流；在極大氣速時，分散氣泡流向環一霧狀流轉變。

（1）分層流。在液速、氣速都很低時，氣液之間的作用很微弱，液體在管道下部流動，而氣體則在上部流動。兩相都是連續的。界面是平滑的。當氣速增大時，界面上出現一些波紋，但仍屬於分層流。

（2）波狀流。當氣速再增大時，波紋變為大波。有時掀起的波尖可以舔到管子的拱頂。和分層流的相同處是兩相都是連續的，不同處是兩相之間的作用加劇了。

（3）環-霧狀流 。在氣速更加增大時，液層深度越來越淺，已不足以掀起大波， 而被氣流衝散到管壁上， 形成上下不對稱的環形液膜， 也有一部分液體被吹掃至氣流中成為霧沫。 氣相是連續的。 在氣速更高的條件下，液膜可能不再存在， 這就是單純的霧狀流。

（4）長泡流。在低氣速時，氣體以長形氣泡的形式緊貼在管道上壁向前移動。有的文獻中用活塞流 ( Plug Flow)名稱。也有的文獻將這種流型稱為氣泡流(Bubble Flow) 。在長泡流中液體是連續相。

（5）液節流。如再增加氣速，長泡增大，其截面可增至接近管子整個面積，液體被分成一節節地向前移動，從而形成液節流。

（6）分散氣泡流。在高速流動的液體中， 氣體被分散成小氣泡， 比較均勻地分佈在管截面上。有的文獻中稱它為泡沫流 ( Froth Flow ) 。也有將它和長泡流混為一談的，統稱為氣泡流。分散氣泡流的液相是連續的。

在垂直管內，典型的氣液兩相向上流動時發生的流型有氣泡流、液節流、泡沫流和環-霧狀流等，如圖2所示。

較流行的流型判別方法有 Baker、Brill、Beggs-Brill、Taitel、SCA(段塞特徵分析法)等幾種方法。經過算例的對比發現，每種判別方法都有其各自的適用範圍。其中，Baker、Beggs-Brill 方法在進行流型判別時沒有考慮管線傾角的影響，而且只是針對有限的實驗介質進行的歸納總結，沒有充分考慮氣液物性對流型轉變的影響。相比之下，Taitel 是近年來在數值計算中採用最為廣泛的流型判別準則。由於 Taitel 準則是利用非粘性理論推導而來的，只能適用於低粘性流體。對於粘性不能忽略的石油工業，Taitel 判斷準則的分層流範圍過小。SCA 法從段塞流的穩定性機理出發，其中關於段塞流的經驗公式涵蓋了各種管徑的管道，較為成熟，但其缺點在於，進行流型判別時將分散氣泡流的範圍設定的過大 ^[1]  。