气相流量变化过程瞬态压力特性的试验研究

气液混输管道中常常出现由气相流量变化引起的瞬态过程，在接近现场管道的多相流环道上进行了气量变化的瞬态试验，讨论了瞬态压力特性。当气量突变后，压力波向下游传播，各点依次发生变化，变化趋势相同，而压力最大变化值沿线衰减，压力变化速率也递减。当突然增加气相流量时，管道压力突增，其峰值超过最终稳态压力值，在峰值附近有一段时间压力基本不变，随后压力降低，向终稳态发展，而突然减小气量，变化方向则相反。气量减小的瞬态过程时间长于气量增加的瞬态过程时间。小液量和大液量工况下的瞬态压力变化有所不同，两种情况下的过冲量沿线变化趋势相反。     

油气混输管道中的波动现象

研究表明,在油气混输管道中,由于气液两相物性的差异和气液相间相互作用等原因,以及在管道停输、启动过程、段塞流动、清管、入口液量的瞬态变化等不稳定操作工况下,都伴随着不同的波动现象.气液多相管流中的波动现象,可分为密度波、压力波、界面波3种.不同性质波的存在加快了流体流动,增强了界面间能量和动量传递,使得两相流的传热、传质及流型都发生很大变化.同时,巨大的压力波动对管道及其下游处理设备带来一定的安全隐患.分析了气液两相流中密度波、压力波、界面波的研究进展,旨在为进一步研究油气混输管道瞬变流动提供理论借鉴.     

气液两相流瞬变流数值模拟研究

根据双流体模型建立了气液两相流瞬态水力学模型,对数学模型进行了特征化分析,利用模型方程的特征值和左特征向量将偏微分方程组转化为常微分方程组。以预估-校正法为基础,采用差分特征线算法进行数值求解,并编制了相应的程序。在大型多相流试验环道上进行了气量快速增加和减小的试验,计算值与试验值的比较结果表明,算法的收敛性和稳定性很好,程序较好地预测了气相流量瞬变过程中的压力和含气率的变化,能够分析瞬态流动过程中各参数的变化。     

垂直下降管内油气水三相流的摩擦压降研究

对垂直下降钢管内油气水三相流动的摩擦压降受折算液速、折算气速和油水混合物中含水率的影响进行了试验研究。由于气速的改变，三相流动出现了不同的流型，使得流动的摩擦压降变化也表现出不同的变化趋势，特别是在未充分发展的环状流区域，由于液膜被气芯撕裂并携带液相，因此导致摩擦压降随着气速的增加反而降低。当含水率在18％－50％以内时，随着含水率的增加，液相粘度的减小，摩擦压降减小，当大于50％时，随着含水率的增加，混合物的密度增加，摩擦压降增加。     

含气管流水力瞬变试验研究

少量气体的存在对管流瞬变过渡过程的影响不容忽视.对不同初始含气率下含气管流的瞬变过程进行了试验研究,研究表明,初始含气率对瞬变有较大的影响,初始空隙比α0越小,压力响应越剧烈;α0增大时压力响应趋于滞后,峰值降低,压力波衰减得更快.在极低含气率(α0≤0.000 1)条件下,瞬变压力峰值随α0变化不明显,可能出现压力峰值较初始空隙比(α0＝0)还高的情况.     

曝气池内气液两相流CFD模拟

对曝气池反应器内的气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,模拟采取了双流体模型,液相湍流采用标准k-ε方程,两相间的动量传递只考虑曳力作用。模拟获得了曝气池内的液速及不同径向位置的轴向液速分布、气含率分布等,结果表明,气泡刚开始以直线垂直上升,过一段时间后,气泡的运动开始偏离轴中心,气泡群开始发生了摆动;随着气体速度增大,气含率分布变宽,气含率增大,液体循环液速也在增大,气液之间混合越充分,曝气效果越好。     

应力波在落叶松活立木中传播二维模拟研究

近年来应力波技术用于活立木材质无损检测与评价的研究,受到了广泛的关注。主要研究集中在应力波在活立木中传播速度的测量,即通过应力波波速预测活立木木材质量。目前对应力波在活立木中的传播形式,还缺乏了解。通过二维数值模拟研究应力波在活立木中的传播形式,并将模拟结果与野外测量实验结果对比。树干被看作是正交各向异性圆柱体,应力波沿与树干成45°方向导入,利用COMSOL Multiphysics软件对应力波在树干中传播波阵面进行了模拟计算。模拟计算结果与野外实验结果有很好的一致性,应力波传播波阵面在开始阶段为倾斜曲线,都弯向脉冲力输入点;随着距离的增大,波阵面倾斜度逐渐减小,直至最后与原木长度方向近似垂直。     

90°水平弯管内环状流流动特性

油气集输管道内气液两相流尤其是环状流在弯管处流动特性复杂，极易加剧管道腐蚀和破坏。为此，开展90°水平弯管环状流实验，分析表观气速20～35 m/s、表观液速0.20～0.35 m/s范围内的相分布、液膜流速及压力变化规律；再通过数值模拟研究水平弯管处相分布、压力分布及流速分布特征，对弯管处环状流流动特性规律进行验证。结果表明：弯管底部和外侧液膜厚于弯管顶部和内侧，越靠近弯管中心，内外侧差异越大；表观气速增加和液速降低使液膜分布趋于均匀；弯管内侧压力低于弯管外侧；受二次流动影响在低气速下弯管中心截面位置最大压力较入口处增加。研究成果可为弯管冲蚀机理研究、弯管设计与保护提供理论基础。（图11，表1，参29）     

管道泄漏水力瞬变模拟研究

当管道某处突然发生泄漏时，泄漏处将出现瞬态压力突降，形成一个负压波，并以一定的速度向管道上、下游两端传播。根据泄漏产生负压波的原理，利用VB语言编写了泄漏水力特性分析程序。以设定的管道为例，分析了因泄漏引起的水力瞬变特性，分析结果可以为准确定位泄漏点提供帮助。     

气量增加段塞流场中压力波传播特性分析

利用改进后的段塞流跟踪模型对水平管道气量瞬变空气-水段塞流场中的压力波传播特性进行了模拟研究,分析了压力波沿管道的变化规律以及入口初始液相流量和气相流量的变化量对压力波速的影响,并将模型模拟结果与大型多相流试验环道上的试验结果进行了比较.结果表明,该模型能够有效地模拟气量瞬变段塞流场中压力波的传播特性;压力波速沿管道具有衰减特性;气量增加过程中的增压波速沿管道的衰减速率是逐渐降低的.     

气液两相流持液率及压降特性的试验研究

研究了不同流型下压力降与持液率的特点,以及压降脉动信号的方差与持液率、气、液相流量之间的关系.试验结果表明,分层流动的持液率值最高,平均压降最低;环状流动持液率值最低,平均压降值最高;段塞流动位于两者之间.分层流压降脉动信号的方差很小,随气、液量和持液率的变化小;段塞流压降脉动信号的方差最大,随气相流量和持液率的变化而变化较大,在相同气量下,方差随持液率的增大而增大,在相同持液率下,方差也随气量的增大而增大;环状流的方差在分层流和段塞流之间,气相流量的变化对压降脉动信号的方差的影响小,但液相流量的变化对其影响较大,随着液相流量和持液率的增大,压降脉动信号的方差会增大.     

起伏油气水多相管路中段塞流软件的研制

多相管路的工艺计算包括流型判别，持液率和压降，温降的计算，PIPEPHASE多相流软件和西安交通大学段塞流软件都存在不足，在这两种软件的基础上，开发出一种具有较好的用户界面且可在Windows平台下操作的软件，该软件可以从始端开始计算，也可以从终端开始计算，提供了三个可供选择的计算模型和油气水多相管路沿线的压降，温降和持液率曲线图，软件具有较高的计算粗度，可以计算所有的段塞流特笥参数数值。     

气体—幂律液体两相水平管流的压降计算

在气体—幂律液体两相水平管流实验研究的基础上,按两相介质分布外形,将气液两相流动的流动型态划分为泡状流、层状流、波状流、团状流、冲击流及环状流,并指出流动型态是决定两相管流压降规律的重要因素,对不同流动型态的流动机理和特点进行了探讨,给出了不同流动型态计算压降的方法,对于层状流与波状流,气液间具有明显的界面,可采用分流模型;对于泡状流,两相间无滑动,可采用均流模型;对于团状流与冲击流,由于流动机理十分复杂,故采用定义无因次压力梯度的方法;对于环状流,通过联立分气相折算系数与洛克哈特—马蒂内利参数求得压降。本方法不仅为油气不加热集输工艺的系统设计提供了可靠的水力计算方法,而且也可以应用于石油、化工等领域。通过与其它计算压降的方法对比,说明本计算方法平均绝对百分误差小、准确度较高。     

水平管段塞流液塞长度分布试验研究

在内径为50mm的水平管中，对空气，水段塞流下的液塞长度分布进行了试验研究。试验结果表明，该流态下的液塞长度呈对数正态分布，平均液塞长度与气液相混合速度具有典型的二次多项式关系。当折算流速较小时，反映液塞长度波动长程相关性的Hurst指数与气液相混合速度具有递增的线性关系，液塞长度分布遵循分形统计规律。     

差压相关法确定水平管段塞流液塞速度及长度

分析了差压信号和波高信号之间的对庆关系,给出了利用差压信号求液塞速度的方法,提出了“假渡越时间”的新概念,根据这一概念给出了求液塞长度的方法,试验结果表明,该方法是求解液塞长度比较有效的一种方法。     

地形起伏多相管流段塞流流动参数计算

在起伏多相管流中常出现段塞流。段塞流流动特性参数的计算只能采用经验或半经验关系式。现场实践表明,段塞长度不仅与管径有关,而且还与气液相速度和气液相粘度等有关。结合现场试验,提出了一种计算起伏多相管流中段塞流流动特性参数的准确方法。     

气液两相间歇流流型下的蜡沉积规律

利用多相流动蜡沉积试验环道,以高含蜡量原油为试验介质,对气液两相流的蜡沉积规律开展试验研究,得到间歇流流型下蜡沉积层厚度随液相折算速度、气相折算速度和间歇频率等流型影响因素的变化规律。结果表明：在间歇流流型中,蜡沉积物在管壁环向分布较为均匀。当液相折算速度恒定,平均蜡沉积层厚度随气相折算速度的增大而减小。若气相折算速度保持恒定,液相折算速度较低时,平均蜡沉积层厚度随液相折算速度的增大而增大;液相折算速度较高时,平均蜡沉积层厚度随液相折算速度的增大而减小。若气相折算速度相同,段塞频率随液相折算速度的增大而显著增大,导致平均蜡沉积层厚度呈现减小趋势。研究结果为建立气液两相流动蜡沉积动力学模型奠定了基础。（图6,参6）