[科普中国]-波状流

波状流：在分层流中，气相速度继续增大，由于界面处两相之间的摩擦力（气，液相存在着速度差）影响，会在界面上掀起扰动的波浪，分界面因为受到沿流动方向运动的波浪而变得波动不止，从而形成波状流型。

背景知识气液两相流的流型划分方法主要有两类：（1）按照流体的外观形状进行划分；（2）根据相的分布特点进行划分。根据第一类划分方法，水平管道气液两相流流型有：分层流、波状流、气团流、段塞流、分散气泡流、环状流；垂直管道气液两相流流型有：泡状流、弹状流、块状流、环状流、细束环状流、雾状流。目前，对于倾斜管道气液两相流流型的研究很少，可以认为倾斜管道气液两相流流型与水平和垂直气液两相流流型具有类似的基本结构。根据第二类划分方法，可将流型分为分散流、间歇流、分离流。将第一与第二类划分相对应，分散气泡流、雾状流属于分散流；气团流、段塞流属于间歇流；分层流、波状流、环状流属于分离流。一般来说，基于现象描述的气液两相流流型多采用第一类划分方法；基于流动机理分析的气液两相流多采用第二类划分方法。123

具体解释水平管道流动的模型在水平流动情况下，由于重力影响导致较显著的和分布不均匀性，其流型组合要比垂直流动时略为复杂。当含气率从低到高，流速由小到大时，目前较为公认的流型依次为：泡状流、塞状流、分层流、波状流、弹状流以及环状流。

波状流：在分层流中，气相速度继续增大，由于界面处两相之间的摩擦力（气，液相存在着速度差）影响，会在界面上掀起扰动的波浪，分界面因为受到沿流动方向运动的波浪而变得波动不止，从而形成波状流型。

水平管道内加热流动的流型水平受热流道在承受低热负荷均匀加热时的典型流型变迁。其流型变化过程与垂直受热流动流型大致相同。由于受重力作用，导致气相分布的不对称，出现了层状流动。相分布的不对称与流体受热还导致波状层状流区，流道顶部会发生间断性再湿润与干涸。在环状流区，顶部会出现逐渐扩大的干涸区。3

波形判断到目前为止，在工程上确定流型主要是依靠流型图（FlowRegimeMap）。流型图是用于流型识别及流型转换判断的重要工具之一，如图1所示。其是通过流型实验或通过流型计算所取得的流型及其转变与各种参数的坐标关系。流型图上的区域可以分别表示相应的流型，图中的分界线，是两种流型的转变区。把这些分界线用流型图中的坐标参数拟合，则得到描述分界线的函数式，也称为流型判别式。根据流型图和流型转换判据虽然可以确定气液两相流流型，但就流型图而言，目前存在下列问题：

（1）流型图中所体现出的决定流型的因素主要为气、液相的流速等几个主要参数，其他影响流型形成的因素未得到体现．降低根据流型图确定流型的可靠性。

（2）流型图中流型转换表现为一些过渡区域，流型是不确定的。

（3）大部分流型图所依据的实验数据来自水一空气流动，流型图适用范围是有限制的。

（4）目前对于流型形成机制的研究还处于经验阶段，对流型形成机理的探讨还不够。

流型的在线识别应用流型图或流型转换判据只能大致预测流型及其转换，但是不能准确获取流动状态的实时信息。而工程实际应用时，往往需要实时了解流型对系统运行状况的影响。此时，应用仪器设备直接识别管道内气液两相流的流型就自然而然成为人们的选择。根据工作原理，流型实时识别方法可以分为两类。一类是根据气液两相流流动图像的形式直接确定流型，如目测法、高速摄影法、过程层析成像法等；另一类是间接方法，即通过对反映气液两相流流动特性的波动信号进行处理分析，提取出流型特征，进而识别流型。这种方法建立在随机信号处理技术的基础上，不仅具有设备简单、价格低廉的优点，还极有希望发展成为流型识别的客观方法，因此受到众多研究者的关注，现已成为流型识别技术中的研究热点。2

相关波形了解泡状流：低含气率和低速的水平两相流动常常会呈现泡状流型。在泡状流动中，气相以离散的气泡分布于连续的液相之中，由于重力的作用，气泡趋于靠近流道的上部流动。随着流速增大，气泡呈泡沫状均匀弥散于整个流道。

塞状流：如果含气率较高而流速又较低时，很多小气泡就聚集成大气泡，如栓塞状，分布在连续的液相中。此时，大气泡也是趋向向于沿管道上半部流动，大气泡之间也还存在有一些小气泡。

分层流：如果含气率进一步增加而流速仍比较低时，气泡将增大而连成一片，形成分层流。此时气相与液相均为连续相，气相在上部，液相在下部。两相间被一层光滑的界面隔开。

弹状流：当气相流速增大到大于波速时，在气液分界面处的波浪被激起而与流道上部壁面接触，并呈现以高速沿流道向前推进的弹块状而形成类似冲击波的轻型，这就形成弹状流型。它与塞状流的差别在于气弹上部没有水膜，只是在气弹前后被涌起的波浪使上部管壁周期性的受到湿润。1

本词条内容贡献者为:

蒲富永 - 教授 - 西南大学