液相粘度对水平管气液两相流型的影响

在长52 m、内径25.7 mm的不锈钢管水平环道上,研究了液相粘度对水平管气液两相流流型的影响.试验中观测到5种流型:气团流、分层流、分层波浪流、段塞流、波浪流.在气、液折算速度相同的情况下,随液相粘度增大,气团流的长气泡增长,分层流和段塞流的液膜高度减小,段塞频率增大,波浪的平均液高和振幅增大,波浪的速度和频率减小.绘制了不同液相粘度下的气液两相流型图,当液相粘度不小于20 mPa·s时,未观察到分层波浪流;随液相粘度增大,分层流的区域逐渐减小,气团流向段塞流的转换边界向小气速方向偏移,生成波浪流的边界向小液速大气速方向偏移,且更易形成段塞流.使用T-D模型进行对比验证,当液相粘度相对较大时,该模型不适用于本实验条件下的流型计算.     

预测水平管-气液两相环状流液膜分布的简化模型

对环状流切向动量方程进行了化简,忽略了二次流引起的剪切应力、静压梯度,同时不考虑液相夹带的影响,得到一个简化的水平管环状流液膜分布模型。在测试段直径为40mm的两相流实验环道上进行了试验,采用新型电容探针测量了与管底部夹角分别为0°,45°,90°,135°,180°共5个周向位置处的液膜厚度。模型预测值与试验结果和文献数据相符。与传统预测方法相比,该模型只需要气液相流量作为输入参数,从而大大简化了运算。     

水平管内油水两相流动摩擦压降的试验研究

对水平钢管和有机玻璃管内油水两相流动摩擦压降的变化进行了研究，当含水率为18％－100％，折算液速为0．6－2．4m/s时，水平管内油水两相流的摩擦压降受含水率的影响很大，在同一流动条件下，当含水率较小时，有机玻璃管内流体的摩擦压降大于钢管内流体的摩擦压降，随着含水率的增大，钢管内流体的摩擦压降又大于有机玻璃管内流体的摩擦压降。这说明，在一定条件下，影响油水两相流动摩擦压降的原因，除了粗糙度以外，管壁的润滑特性也是其中之一。     

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。     

水平圆管三相流压降的计算

以气液两相流为基础,依据稳定一维流动的基本方程推导出了水平圆管基于分相流和均相流2种流动模型的三相流压降的计算式,并给出了计算实例,总结出了气相含量与压降的关系,得出了气体质量含量不超过15％时对管道压降影响很小的结论,表明流体流动阻力不因加入气体而增大,从而有利于延长管道排距。     

高粘油水两相水平管流的压降研究

通过三种高粘度油品的油水水平管流试验,对各种流型的压降规律进行了研究,以试验数据和理论分析为基础,建立了有效粘度的经验相关式,并通过含有有效粘度与混合流速的压降公式估算各流型的管路压降.采用的方法适用于稠油和水的两相流研究.提出应建立有效粘度的理论预测模型,使高粘油与水的两相流的研究更具有实用性.     

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）     

垂直管气液两相流中压力降Orkiszewski预测模型的改进

与垂直管中气液两相流压力降的实验数据比较,Orkiszewski模型预测的压力降,其平均相对误差达到63.62%,最大相对误差达98.07%。针对Orkiszewski模型预测相对误差偏大的问题,首先介绍了实验数据的获取过程,然后结合实验数据,指出Orkiszewski模型对环雾流流型的预测误差较小,对段塞流流型和过渡流流型的预测误差偏大。对Orkiszewski模型的参数进行了敏感性分析,结果表明液体分布系数模型中的阈值是敏感性最强的参数。同时通过分析Orkiszewski模型的组成结构,指出段塞流流型中的液体分布系数计算公式复杂。为此,提出了一种新的液体分布系数阈值模型,得到了一种改进的Orkiszewski模型。实验数据的计算结果表明了改进模型的优越性,改进模型的预测平均相对误差降低到34.98%。针对油相连续且总流速达到3.048m/s的段塞流流型数据,改进模型的平均相对误差可以从原模型的76.17%降低为17.21%。     

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.     

油水两相分层流动的压降研究

提出了一个考虑相界面相互作用的油水两相分层流动的压降模型，分析了游离水层高度和压降的变化规律，并用白油/水两相流的实验数据作了验证，其模型和测量的总误差均小于15%。     

气液两相流瞬态数值模拟

多相流动的瞬态数值模拟最常用的是双流体模型,由于受技术垄断的影响,其相关求解资料较少.为此,通过采用有限体积法,将SIMPLE算法推广到两相流形成SIMPLE-MF算法,用于双流体模型的求解效果较好,并开发了两相流瞬态模拟程序.     

基于双流体模型的管内气液两相流稳态计算方法

基于双流体模型的理论稳态综合水力学模型编制了模拟程序,发现持液率的微小波动将导致求解的压力、流速等结果严重偏离准确值.为避免持液率对求解结果的影响,提出了一种简化的计算模型,并将该模型计算结果与试验数据进行了对比,结果表明,模拟结果与试验数据有很好的吻合.     

气液两相流管道流固耦合问题

气液两相流的不稳定流动和管道变形之间的相互作用,极大地改变了流体管道系统的特性,促进了气液两相流管道流固耦合的研究进程。概述了国内外单相输流管道流固耦合研究现状,重点阐述了海洋立管气液两相混输中严重段塞流的流动规律及其流固耦合问题的研究情况,评述了输流管道流固耦合的常用数值计算方法。分析了当前气液两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题,展望了其发展前景。     

气液两相管流工艺计算软件的研制和应用

OGTPP软件具有湿天然气管道的稳态和瞬态计算、油气两相单模型和组合模型计算、专用的工艺计算和湿天然气物性参数计算模块等功能.与实测值进行了对比,该软件在多相流模拟方面具有足够的精度,能正确反映沿线压力和温度的变化趋势.实际运用表明,OGTPP操作方便、界面友好、分析能力强,能满足多相流管道设计和管理的需要.     

积分模型求解管道两相流压降

采用积分模型计算管道沿程压降,将管道划分成均匀方形网格,每个网格和相邻网格在性质和参数上都不同,通过逐层迭代计算,并利用实测终端压强值进行校正,在误差允许范围内,模拟出管道中的两相流动状态以及各处压强变化情况。考虑了管道流动中流型的变化,即在各个不同区域的不同流型内分别利用公式定量地规范计算出各种流型下的结果,避免了单一流型笼统计算出结果的较大误差。     

新型油水两相水平管流流型分类方法

阐述了已有的油水两相流的流型分类,指出了其中的不足与局限.在研究前人的可用试验数据的基础上,根据油水两相流的流变学特性,对油水两相流的流型重新进行分类,主要分为牛顿流动流体和非牛顿流动流体两大类.对这两类流体呈现出的流动形态进行了分析,结果表明,新的分类法考虑全面具体,分类明确清晰.     

低液量水平管气液分层流摩阻压降的计算

在大型多相流试验环道上进行了空气-水、空气-HVIW150基础油试验,对水平管低液量气液分层流的流动特性进行了研究.选取了ARS模型作为界面形状模型,同时以动量平衡方程为基础,求解了气液两相流的摩阻压降,并将模型预测值与试验所测的摩阻压降作了比较分析,得出了分层流摩阻压降变化的一些规律,在低液量的分层流动中推荐采用ARS界面模型.     

油气两相混输管道流型的判别方法

对Baker、Brill、Beggs-Brill、Taitel、段塞特征分析(SCA)等流型判别方法进行了分析,提出了一种综合使用SCA、Taitel和Brill三种方法的流型判别方法--S-T-B法.经算例验证,该方法对气液两相混输的流型判断准确无误,可以作为油气混输工艺计算过程中确定流型的方法.     

水平管内油水两相流流型的实验研究

利用白油和自来水作为实验介质,在内径为２６．１ｍｍ、长约３０ｍ的水平不锈钢多相流实验环道上进行了油水两相流实验。实验中进行了流型测量和观察,观察到了７种油水两相流型,分别属于分散、分离和分散分离混合流型。对油水两相流型及流型间的转化作了仔细的描述,根据流型特征进行了流型划分。