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水平管气液两相流实验
实验人 XXX
合作者 XXX
XXX年XX月XX日
一、 实验目的：
1. 通过观察水平管气液两相流的流型，进一步加深了解气液两相流流型的特点；
2. 对流量分配对流型的影响有比较直观的认识；
3. 从实验设计、仪器选型、实验操作、数据提取与分析处理等各个环节能够训练出真正的实验技能，能够完成合格的实验报告；
二、 主要实验仪器
气泵、水泵、玻璃转子流量计、U型压差计。
三、 实验操作
1. 打开系统电源，使气体、液体流量计预热2分钟；
2. 然后打开采集程序，记下采集程序上显示的气路和水路温度（根据此温度查出水和空气的密度）；
3. 改变气流量和液体流量，观察记录两相流的流型变化和U型压差计的压差；
4. 测量好所有数据后，先关闭液阀，关闭水泵电源，再关闭气泵。
四、 实验数据与分析
1. 流型分析
对应实验中的空气流量和水流量，根据以下公式计算出气相折算速度和液相折算速度 ：
GGQJA LLQJA
式中 GJ——气相折算速度，m/s；LJ——液相折算速度，m/s；
GQ——气相体积流量，m3/s；LQ——液相体积流量，m3/s； 2
A——管道横截面积，m2; （本实验管子内径为20mm，-42=3.14210mA）
查找相关资料，可知水平管两相流基本流型如下图所示
图- 1 水平管两相流流型图
实验中得到的数据及流型情况如下表：
表- 1 各流量下的观测流型
次数 GQ
(m3/h) LQ
(L/h) GJ
(m/s) LJ
(m/s) 2GJ
(Pa) 2LJ
(Pa) 流型
1 3.0 935 2.7 0.8266 7.9348 680.080 冲击
2 3.0 710 2.7 0.6277 7.9348 392.151 冲击
3 2.8 510 2.5 0.4509 6.9121 202.338 冲击
1 气液两相流流型实验报告
实验名称：气液两相流流型
实验目的：
1. 熟悉台架,掌握流量测量仪表的使用；
2. 掌握常见两相流流型的划分方法及相关规律， 观察水平管中不同流型的特点；
3. 根据各工况点实验数据绘制两相流流型图，并与典型流型图做比较。
实验任务：
实验测量数据：
(1) 测取不同情况下气相，液相流量；记录PPttw气减室,,,.
(2) 判别流型
要求：
(1) 实验数据汇总表；
(2) 绘制曲线
(3) 根据实验数据用Weisman图判别流型
实验原理
1、水平管道中气液两相流流型的划分及各流型特征
在水平管道中的气液两相流，由于重力影响使流型结构呈现不对称性，因而水平管中的流型特征变得较为复杂。Oshinowo流型划分原理使流型变得相对简单，根据Oshinowo的划分原则，一般把水平管道中的流型划分为六种，泡状流、塞状流、层状流、波状流、弹状流、环状流。
（1）泡状流
在泡状流中，气相是以分离的气泡散布在连续的液相内，气泡趋向于沿管道上半部流动，这种流型在含气率低时出现。
（2）塞状流
在塞状流中，小气泡结合大气泡，如栓塞状，分布在连续的液相内，大气泡也是趋向于沿管道上部流动，并且在大气泡之间还存在一些小气泡。
（3）层状流
在层状流中，两个相的波动被一层较光滑的分界面隔开，由于重力和密度不同，气相在上部液相在下部分开流动。层状流只有在气相和液相的速度都很低时才出现。
（4）波状流
2 当气流速度增大时，在气、液分界面上掀起了扰动的波浪，分界面由于受到沿流动方向的波浪作用而变得波动不止。
（5）弹状流
当气体流速更高时，分界面处的波浪被激起与管道上部管壁接触，并形成以高速沿管道向前推进的弹状块。
（6）环状流
当气体流速进一步增高时，就形成气核和环绕管周的一层液膜，液膜不一定连续均匀的环绕整个管周，管子的下部液膜较厚，在气芯中也夹带有液滴。
图1水平不加热管中的流动型式
1 气液两相流流型实验报告
实验名称：气液两相流流型
实验目的：
1. 熟悉台架,掌握流量测量仪表的使用；
2. 掌握常见两相流流型的划分方法及相关规律， 观察水平管中不同流型的特点；
3. 根据各工况点实验数据绘制两相流流型图，并与典型流型图做比较。
实验任务：
实验测量数据：
(1) 测取不同情况下气相，液相流量；记录PPttw气减室,,,.
(2) 判别流型
要求：
(1) 实验数据汇总表；
(2) 绘制曲线
(3) 根据实验数据用Weisman图判别流型
实验原理
1、水平管道中气液两相流流型的划分及各流型特征
在水平管道中的气液两相流，由于重力影响使流型结构呈现不对称性，因而水平管中的流型特征变得较为复杂。Oshinowo流型划分原理使流型变得相对简单，根据Oshinowo的划分原则，一般把水平管道中的流型划分为六种，泡状流、塞状流、层状流、波状流、弹状流、环状流。
（1）泡状流
在泡状流中，气相是以分离的气泡散布在连续的液相内，气泡趋向于沿管道上半部流动，这种流型在含气率低时出现。
（2）塞状流
在塞状流中，小气泡结合大气泡，如栓塞状，分布在连续的液相内，大气泡也是趋向于沿管道上部流动，并且在大气泡之间还存在一些小气泡。
（3）层状流
在层状流中，两个相的波动被一层较光滑的分界面隔开，由于重力和密度不同，气相在上部液相在下部分开流动。层状流只有在气相和液相的速度都很低时才出现。
（4）波状流
2 当气流速度增大时，在气、液分界面上掀起了扰动的波浪，分界面由于受到沿流动方向的波浪作用而变得波动不止。
（5）弹状流
当气体流速更高时，分界面处的波浪被激起与管道上部管壁接触，并形成以高速沿管道向前推进的弹状块。
（6）环状流
当气体流速进一步增高时，就形成气核和环绕管周的一层液膜，液膜不一定连续均匀的环绕整个管周，管子的下部液膜较厚，在气芯中也夹带有液滴。
图1水平不加热管中的流动型式
微通道内液-液两相流流型
引言
对于常规尺寸的管道，液-液两相的流动形式主要为湍流；但是对于特征尺寸处于微米到毫米范围内的微通道，由于微尺度效应，液-液两相的流动形式主要为层流，且两相间界面受流动状况和界面张力影响，产生了多种界面现象，呈现不同的流型。正确辨识微通道内液-液两相流型，是研究液-液两相流的基础。
1 液滴的生成方式及机理
液液两相流中液滴的形成过程与气泡类似，但液滴与连续相之间的表面张力作用更加明显，粘性力的作用更加突出，同时由于液滴的不可压缩性使得其流型更具规律性。按照液滴在通道入口的生成方式，可以将制备液滴的方法分为三类:共流型(Co-flowing)、交叉流型(Cross-flowing)、拉伸流型(Elongation-flowing)，如图1所示。
图1 微通道中液滴的三种形成方式
三种方式中，液滴的形成原理各不相同。对于共流型而言，分散相通过微孔进入通道内，由于连续相和分散相的流速不同，分散相受剪切力、粘性力及表面张力的共同作用形成液滴；对于交叉流型而言，分散相通过支路通道进入到连续相中，液滴形成受通道壁面的影响较大；对于拉伸流型而言，其原理与共流型类似，但其受连续相的剪切作用更强。相比较而言，交叉流型只需一对相互交叉的通道入口即可，微通道的结构相对简单，因此被广泛用于液液两相流中液滴的生成。
液滴的形成过程主要可分为Squeezing、Dripping以及Jetting三种机制，如图2所示。 图2 T形微通道中液滴的三种形成机制
液滴的三种形成机制与流体粘度和表面张力关系较大，为方便讨论引入了毛细数Ca这一无量纲常数(定义为流体粘性力与表面张力之比Ca=uμ/σ)。当毛细数较小 (<10-2)时，流体受表面张力的作用较粘性力更为明显，此时分散相能够占据整个通道，在入口处受到连续相较强的推动力作用，此时液滴的形成机制为Squeezing机制；当毛细数逐渐增大到超过某一临界值(~10-2)后，流体粘性力的作用也随之变大，液滴头部在粘性力的作用下会逐渐往通道下游移动，微液滴不再能够占据整个通道，此时液滴的形成机制为Dripping机制；当液滴的毛细数继续增大(>0.3), 此时流体的粘性力起主导作用，液滴的形成位置会沿着连续相流动方向大大后移，此时液滴的形成机制为Jetting机制。继续增大毛细数则会使液-液两相流流型变为并行流而无法形成液滴。2 液液两相流流型分类
