水平管气-液两相变质量流的均相流模型

与常规管中气-液两相流动不同,水平管气-液两相变质量流动存在沿程管壁入流.在水平管单相变质量流动试验研究的基础上,考虑了管壁入流对管壁摩阻系数的影响,提出了孔缝管管壁摩阻系数相关式.将气-液两相混合物看作均匀介质,使水平管气-液两相变质量流的均相流模型的基本模型等同于单相变质量流的流动模型,重点研究了气-液两相变质量流均相流模型中流动参数的混合规则,提出了新的气-液两相粘度混合规则.对气-液两相变质量流的均相流模型进行了试验验证,研究结果表明,气-液两相变质量流的均相流模型预测结果可以满足工程计算精度的要求.     

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.     

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。     

海洋立管气液两相流动模拟研究进展

随着海洋石油工业的发展,从20世纪70年代的浅海立管到21世纪的深海立管,海洋管道发展了多种新的形式,如悬链线立管、S形立管等。对于各种混输立管系统,严重段塞流等不稳定流动会造成设备损坏,严重影响安全生产。因此,实现立管流动的准确模拟,通过合理设计和科学运行控制、消除严重段塞流,具有重要意义。综述了国内外海洋混输立管流动模拟的研究成果,包括L形立管和柔性立管的实验研究、模型模拟及软件模拟的主要进展。指出了当前研究中存在的问题及未来的研究方向,可为进一步开展立管流动模拟研究提供参考。     

基于超声波技术的水平管气液两相流流型识别方法

根据超声波在不同介质界面处的反射回波强弱不同的特性,提出了应用超声波对水平管气液两相流流型进行非介入式在线识别的方法。理论计算得到钢管内壁接触的介质分别为水和空气时的声压反射率,证明了超声波流型识别法的可行性。数值仿真研究管内的流体分别为水、空气时不同界面的反射回波特点,得到了超声波流型识别法的实现方式。依据数值仿真结果,开展超声波气液两相流流型在线识别实验,分析气液两种流体在管道横截面上的分布,从而识别水平管气液两相流流型。研究结果表明：在不影响生产的前提下,超声波流型识别方法能够准确获取水平管气液两相流流动过程中的实时流型,操作方法简便,且结果可靠。（图10,表1,参9）     

水平管气液两相流清管瞬态过程试验研究

利用内径为80mm,全长为350m的室外大型多相流试验环道进行了气液两相流的清管通球试验,介绍了清管试验环道装置和流程以及多相流数据采集系统,测得了通球时的集液量、清管时间、清管球运行速度变化规律,计算得到了清管时的平均持液率,分析了各流动参数和沿线各点的压力、压差变化规律。     

水平管内油气两相流型转变的实验研究

通过进行水平管内油气两相流型实验，对影响管内油气两相流型转换的各种因素进行了综合的分析，并根据所作的油气两相流型试验结果，用量纳分析的方法得出了各流型间转换的准则关系式，以期达到准确定量地预报水平及倾斜管中油气两相流型的目的。     

气液两相流流型的判别方法

为研究气液两相流的流型变换规律,建立高计算精度的气液两相流水力计算模型,以Shoham和Kokal的实验数据为基础,对通用流型判别法、改进的Taitel-Dukler流型判别法及段塞流特征分析法用于气液两相流流型判别的效果进行验证。基于以上3种判别方法,给出流型判别图,并与实验数据进行对比,总结出3种判别方法的特点。结果表明:通用流型判别法和段塞流特征分析法对气液两相流流型的判别结果较好,其中通用流型判别法的计算适用性更强,研究成果为气液两相流水力计算提供了流型判别算法的选取依据。     

气液两相流流型信号的分形特征分析

对气液两相流流型的最化描述是气液两相流流型识别的关键问题。在室内气液两相流综合试验环道上，对气流两相水平管流中分层波状流向段塞流的转变过程进行了测试，采用了基于小波变换的分形理论对流型信号整体与局部的相似性进行了量化分析。结果表明，分层波状流和段塞波信号的分形维数之间存在显著差异，其分形维数可以作为流型量化描述的一个新指标。     

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）     

自吸泵内气液两相流分析及数学模式

本文以自吸式离心泵中的气液两相流为研究对象，利用湍流、射流理论中的Tolleimn平面平行射流边界层方程及气液两相流理论，在一定的假设条件下，得出变密度和无因次纵向速度方程，并拟合出了叶轮出口的排气量和自吸时间的计算公式。     

自吸泵内气液两相流分析及数学模式

本文以自吸式离心泵中的气液两相流为研究对象，利用湍流、射流理论中的Tolleimn平面平行射流边界层方程及气液两相流理论，在一定的假设条件下，得出变密度和无因次纵向速度方程，并拟合出了叶轮出口的排气量和自吸时间的计算公式。     

水平管油水两相流研究进展

总结了国内外水平管内油水两相流流型的研究现状和发展方向。将流型分为分层流和分散流两大类,并进一步细分为:光滑分层流、波浪分层流、带有液滴层的波浪分层流、油滴分散层-水层流、水滴分散层-油层流、油包水状分散流、水包油状分散流。分析了影响流型的主要因素,管壁材质、入口形状、油品物性都会对流型和管输压降等产生较大影响。通过界面稳定性分析确定了流型从分层流向半分散流的转换条件,通过对比液滴最大尺寸和液滴临界尺寸确定了流型向完全分散流过渡的条件。介绍了在双极坐标下推导的层流分层管流理论解和常用的分层流数学模型,包括双层流体模型及改进的三层流体模型和四层流体模型。     

塔式立管气液两相流的压力波动特性试验研究

为了研究深水油气田塔式立管系统气液两相流压力波动特性,通过室内试验分析了不同流型下的压力变化特征、压力波动幅值等。室内试验得到了6种流型,每种流型对应特定的压力波动形式,且最大波动幅度出现在严重段塞流向稳定流转变过程中的过渡流型Ⅱ上。通过分析立管底部的最大、最小压力,得出如下规律:压力波动幅值随折算气速的增加呈现先增大后减小的趋势,且流型的转变对气速的敏感性高于液速。通过概率密度函数(Probability Density Function,PDF)和累计分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)的统计学分析,得出系统压力的PDF和CDF曲线在各种流型下的分布形态:下倾管底部压力PDF曲线在严重段塞流下高压区单峰特征显著;过渡流型下左右两峰相当,呈两端高、中间低的形态;稳定流型下峰值数量增加、压力范围集中;CDF曲线在高压区的拐点与PDF曲线的峰值对应。跨接管底部压力PDF曲线峰值均处于低压区,且中间高、两端低。在严重段塞流下,曲线呈现双峰和三峰分布,稳定流表现为单峰对称分布。结合压力PDF和CDF曲线可辅助分析和判别流型,并直观获得塔式立管系统压力概率分布特征,以此作为其疲劳损坏和安全评估的参考依据。     

两相管流压降计算及影响因素

油气混输管道在油气田地面集输系统中的应用日益广泛,其压降计算对于经济管径的选择具有决定性作用.基于Dukler I、Dukler II、Beggs-Brill (B-B)和Baker这4种油气混输管道压降计算公式,以C++Builder 6.0为编程环境,编制压降计算软件,针对具体实例计算管道压降,并与多相流模拟软件OLGA的计算结果对比,得出不同计算公式的适用条件.此外,针对高、低粘原油,选择适当的计算公式研究油气混输管道压降的主要影响因素,获得其在不同气液比、管径和流型下的压降变化规律.     

直角弯管内液固两相流固体颗粒冲蚀磨损分析

基于流体力学(CFD)方法,分析了直角弯管的内部流动规律,计算结果表明:直角弯管在90°转角和下游水平管路中存在流动分离现象,同时在下游水平管路中形成明显的二次环流.在流场计算的基础上,引入TulSa大学冲蚀与腐蚀联合研究中心(E/CRC)提供的冲蚀模型,对直角弯管的冲蚀磨损问题进行研究,分析了固体颗粒的空间分布特征和上下游管壁的最大冲蚀率以及总体质量损失,计算结果与实验数据具有良好的一致性.固体颗粒的空间分布特征依赖于流体流动特性,磨损最严重的位置发生在弯管转角处和下游管路的内侧壁面.流速、颗粒浓度和颗粒直径对最大冲蚀率有明显影响,其中,流速与最大冲蚀率呈指数增长关系,上下游管壁的速度指数分别为2.5和2.3.     

The onset of turbulence in pipe flow

Shear flows undergo a sudden transition from laminar to turbulent motion as the velocity increases, and the onset of turbulence radically changes transport efficiency and mixing properties. Even for the well-studied case of pipe flow, it has not been possible to determine at what Reynolds number the motion will be either persistently turbulent or ultimately laminar. We show that in pipes, turbulence that is transient at low Reynolds numbers becomes sustained at a distinct critical point. Through extensive experiments and computer simulations, we were able to identify and characterize the processes ultimately responsible for sustaining turbulence. In contrast to the classical Landau-Ruelle-Takens view that turbulence arises from an increase in the temporal complexity of fluid motion, here, spatial proliferation of chaotic domains is the decisive process and intrinsic to the nature of fluid turbulence.