(1)流型定义的模糊性 目前对于各种流型的定义只是建立于主观观察的结果上的，这样不可避免引入观察者主观因素的干扰。
(2)流型定义的多样性 对于各种流型，目前还未建立起一套统一的且被公认的定义。
(3)流型定义的定性特性 对于流型的判别只能定性判断，公认的定量判断方法还没有。
图2.1水平蒸发管气液两相流流型按介质的连续性进行划分
近年来，有些学者(Barnea等)提出了从多相流中的流动介质的连续性出发进行流型的划分.即将介质的形态分别分为连续的(连续的)、间断的(间歇的)和弥散的(被驱散的)。流型的要素就是不同介质及其形态的不同组合，如对于水平蒸发管中的流型，就可以图2.1所示的方式进行划分?6?。
由于这种流型划分方法一方面考虑介质的连续性，便于将两相流问题与比较成熟的单相流流体力学相联系，另一方面又能将各种不同的流型归结为较少的几种模式，相互之间有比较明确的区别特征，简化了理论研究的对象，从而便于气液两相流的研究与应用。因此有希望为流型划分找到一条比较客观和完善的途径。
2.3流型及其转换的理论判断
气液两相流流型问题的困难不仅体现在其定义与划分上，出于类似的原因，流型
的识别及流型过渡准则的确定也有严重的困难。尽管如此由于流型问题的重要性，人们还是对此做了大量的工作。 2.3.1流型图
流型图是用于流型识别及流型转换判断的重要工具之一。早在1949年，Lockhart
1
等研究了不同的管内流动条件下的流动阻力问题。面包师在前人研究结果的基础上发展了流型判别的流型图方法。同时代Hoogendoorn针对水平管气液两相流也应用了这一方法。其后，出现了许多种不同条件下得到的流型图。比较有代表意义的有Mandhane等，Taitel等，Weisman等，林等(水平圆管)，Griffith等，Gooier等，Taitel等，McQuillan等(垂直上升管)，加速等，Weisman等，B arnea等(垂直上升管到垂直下降管之间的各种倾斜管)，以及Wambsganss(小尺度水平矩形管)?7?。 一般用气相表观速度和液相表观速度(或以这两个参数为基础得到的其他折算参数)构成流型图的坐标系，如图2.2所示。表2.4给出了一些典型的流型图所采用的坐标参数及其主要工况。
表2.4几种典型流型图的坐标参数及主要工况
表中λ=[（ρG/ρa）(ρL/ρw)]??,ψ=(σw/σL)[(μL/μw)(ρw/ρL)??]??,ρ为介质密度(公斤/m??),v为介质流速（m/s）,σ相界面的表面张力(N/m),Φ??,Φ??为介质物性参数和管道直径决定的修正系数.下标中，a和w为表示空气和水，L和G分别为气相和液相介质，S为表观量.
就流型图而言，目前还有下列问题:（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，使得根
1
据流型图确定流型的可靠性受到影响。这在流型转换时显得尤为明显。例如，我们在实验中发现，非牛顿流体气液两相流型处于过渡阶段时，所表现的实际流型不仅与表观流动速度值有关，还与表观速度变化率的大小和方向有关。(2)在流型图中流型转换表现为一些过渡区域，在这些区域中流型是不确定的。(3)大部分的流型图所依据的实验数据来自水～空气流动，因此流型图的适用范围是有限制的。(4)存在如此之多且相互之间往往不一致的流型图的事实也表明，目前对于流型形成机制的研究还处于经验阶段，要把所有的流型统一到一个流型图中还不可能?8?。
因此，目前流型图的研究仍然是针对特定的流动条件和介质进行的，但是涉及条件范围和介质种类扩大了，如特殊结构管道或大口径管道，微重力环境，非牛顿流体以及各种热工质等。
图2.2水平管的Mandhane流型图
2.3.2流型转换准则 1.水平流动
Taitel等根据大气压下空气—水的水平流动的流型实验结果，将流型划分为层状流、泡状流、间断流和环状流四大类，同时引入了一系列控制参数，加上Lockhart-Martinelli参数X构成了流型转换的控制参数组，对于水平及小倾角管道的流型转换判断具有较好的普适性，其基本思路目前仍为其他研究者采用。这些控制参数如下
F=vSG??
?????G??1??dgcos???
?L??G??????0.51
??dp? T=??dl????
Y=
?1(?L??G)gcos???0.5 (2.1)
SL(?L??G)gsin??dp????dl?0.5
SG K=F(ReSL)
(2.1)
?d??d?
式中?p?与?p?分别为气相流量和液相流量独自在同一流道内流动时的摩
?dl?SG?dl?SL
擦压力梯度(Pa/m)。α为流道的倾角(rad)，d为流道内径(m)。ρ为介质密度(kg/m3)， v为介
质流速（m/s）,g为重力加速度(m/s)。下标中，L和G分别为气相和液相介质，S为表观
2量?9?。
Taitel & Dukler提出的各流型间转换的机理与控制参数分别为:
(1)层状流到间断流:当气相通过波形交界面的波峰受到加速，产生局部压力降，使峰部同时受到抽吸作用。当抽吸力的作用大于峰部的重力作用时，波峰就会扩大.波峰到达管道顶部井与管道接触，构成弹状流。
(2)波状流到环状流:主要由X控制.当气相速度比液相速度高得多时，就产生这种过渡。
(3)间断流到泡状流:在弥散泡状流下，气泡分散在连续的液相中。当液相的湍流脉动效应大于气泡的浮力时，阻止了气泡聚合到管道的顶部。
(4)层状流到波状流:主要与液体表面张力及气液两相间的滑移速度有关，根据Keivin-Helmholtz稳定性理论给出过渡准则。
(5)间断流到环状流:当液面的平均高度超过管道高度的一半以上就发生这种过渡。
Taitel&Dukler过渡准则与Mandhane的流型图吻合得相当好。但是，该方法不适合于高粘性流体，对于从间断流过渡到弥散泡状流时，未考虑表面张力的影响(而实验表明该因素是显著的)，另外，人为规定液面的平均高度超过管道高度的一半以上就发生间断流到环状流的过渡，也比较牵强??。
10Weisman等考虑到Taitel & Dukle:准则的上述不足，提出了另一类流型转换准则式。其所依据的实验数据来自12mm, 25 mm和51mm三种管径，且覆盖了更加广泛的各种特性的流体。这些判据与Weisman自己的实验数据吻合很好，但是普适性不如Taitel & Dukler准则。 2.垂直上升流动
Taitel等认为:气泡流转换到弹状流是由于气相速度的增加，达到一定程度后，小
1
气泡聚生成接近管径的大气泡，从而导致弹状流的形成。流型变化的界限可由空隙率确定，而搅拌流产生的主要原因是，在两个弹状气泡之间的液弹因太短而不能形成稳定的液相段。液弹周期性的形成和破碎使流动受到很大的扰动.搅拌流只能在某些区域才能观察到。从弹状流向搅拌流过渡决定于产生搅拌流所需的入口管道长度Le. 根据分析，Le可用下式表示
?V?VSL??0.22? Le=40.6d?SGgd??而对于弹状流向环状流的转变，是由于高速气体引起的.流型变化的界限条件为
0.5vSG?G =3.1 (2.2)
[g?(?L??G)]0.25Golan等是较早开展对搅拌流研究的学者。他们提出的流型变化判据为
vvSG>0.189+0.011SL (2.3)
gdgd?L?GWeisman等通过实验数据整理，提出的由气泡流向弹状流转换的判据为
?vSG?vSLvSG >0.45?gd??gd????0.78 (2.4)
对于搅拌流到目前为止还没有统一的认识。现在常以液相的湍流作用大到粉碎大气泡而形成湘沫为搅拌流的全要标志、故搅拌流也称为乳沫状流或混状流。
对于弹状流向环状流的过渡，一般都是根据经验公式进行判断。不过，Moissis依据KelvinHelmholtz不稳定性判据，分析了弹状流向环状流转变的条件，则有较强的理论色彩。两个气弹之间液膜稳定的界限条件为
VSG—VSL=????k????Lcoth?khm???G???? (2.5)
?L?Gcoth?khm?????0.5式中k为波数，hm为液膜的平均厚度。根据理论和实验结果，最不稳定的波数与液膜厚度之间的关系为：k=
?5hm。由此可以确定弹状流转变成环状流的条件。
总体而言，尽管目前对于气液两相流流型判断的理论方法进行了较多的研究，但
是由于对流动机理缺乏深入的了解，所建立的理论模型常常存在较大的误差。不同的研究者所得到的流型图或流型转换准则也不完全一致，有时差异相当大，以至于应用者无所适从。再者，由于两相流系统的复杂性，所涉及的工况条件与流体物性参数的多样性，在目前还难以获得一个对各种流型转换准则，退一步说，即使要应用现有的这些流型图和转换准则，还需得到分相流量等参数，而在实际工程应用中，往往是希望通过判断流型来实现对这些参数的检测。这就构成了应用该种方法讲行流型判断的两难境地?11?。
1