气液两相流在管内流动的数值研究

　　在机床行业中，油气润滑技术已经应用于高速电主轴的滚动轴承的润滑。油气润滑是一种新型的润滑方式，在实践中已经有相当广泛的应用，国际上对油气两相流的形成也有较多研究。油气润滑是指润滑油在压缩空气的携带下，吹入陶瓷球轴承，利用压缩空气将微量的润滑油分别连续不断地、精确地供给轴承。微小油滴在滚动体和内外滚道之间形成弹性动压油膜，而压缩空气则带走轴承高速运转时产生的部分热量，达到最佳供油量和压缩空气冷却的效果。

　　油气润滑要求提供连续的油气混合物，所以微量润滑油在管道中与压缩空气的混合过程变得非常重要，合理控制进口速度，形成连续的微小油滴与压缩空气的混合物，对于油气润滑的的稳定性十分关键。本文应用软件 Gamit - Fluent 对油气润滑油的形成过程进行数值模拟，得到油气混合物形成的过程，以及雷诺数对于油气两相流输送状态的影响。

　　1 符号说明

　　设: ρ 为密度，kg/m³; μ 为粘度，Pa·s; α 为体积百分比; t 为时间，s; p 为压强，Pa; n 为单位法向量; T 为应力张量; u 为速度，m/s; 为算子符号; f 为体积力，N / m³; g 为重力加速度，m/s²，Re为雷诺数，D 为扩散系数; Mm为界面引起的所有体积力特别是表面张力对两相相混合物的作用。下标: o 表示润滑油; g 表示压缩空气; k 表示相代号，k = 1 表示气相; k = 2 表示液相; i表示界面。

　　2 管中气液混合流体流型介绍

　　气液两相流在水平管中流动时，由于重力的影响使气液两相流有分开流动的倾向。气液两相流体在水平管中流动时流型大致可以分为6 种，即: 细泡状流型、气塞状流型、分层流型、波状分层流型、气弹状流型及环状流型( 图1) 。

　　在细泡状流型中，由于重力的影响，细泡大都位于管子上部。当气体流量增大时，小气泡合并成气塞形成气塞状流型。分层流型发生于气液两相的流量均小时，气液两相分开流动，两相之间存在一平滑的分界面。当气相流量较大时，两相分界面上出现流动波，形成波状分层流型。气相流量再增大会形成气弹状流型，但此时气弹偏向管子上部。当气相流量很大而液相流量较小时出现环状流型。根据油气润滑对两相流体的要求，要调节进口压力以及油气的比例，得到环状流型。

　　3 两相流模型

　　3. 1 引入假设条件前的控制方程

　　( 1) 连续方程

　　( 2) 动量守恒方程

　　根据文献[3]，在两相界面处，质量和动量平衡方程也即界面突跃条件表示为