下倾管段塞流液塞频率波动的非线性分析

利用非线性分析技术中的分形理论,在长24.73 m、内径0.05 m的小型气液两相流实验装置上对下倾管空气-水段塞流中的液塞频率波动特性进行了研究.结果表明,液塞频率的波动是对初始条件敏感的混沌振荡,遵循分形统计规律,具有持久性.折算液速小时,液塞频率波动的长程相关性随着混合速度的增大而减弱,液塞频率波动对初始条件的敏感程度增强,折算液速较大时则相反.管线倾角越大,液塞频率对初始条件的敏感程度受混合速度的影响越小.折算液速和混合速度均较大时,液塞频率的混沌程度受管线倾角的影响较小.     

下倾管中段塞流液塞长度波动的非线性分析

利用非线性分析技术中的分形理论在较宽的流速范围内对下倾管中空气-水段塞流的液塞长度波动特性进行了研究.结果表明,下倾管中段塞流的液塞长度符合对数正态分布,其波动是对初始条件敏感的混沌振荡,且具有持久性.通过对不同液相折算速度下的液塞长度波动特性的分析发现,液相折算速度较大时,随着混合速度的增加,液塞长度波动的混沌程度增加;而液相折算速度较小时,随着混合速度的增加,液塞长度波动的混沌程度减小.管线下倾角越大,液塞长度波动的长程相关性越好.     

下倾管中活塞流液塞长度波动特性

通过采集下倾管中活塞流的差压信号,应用互相关法分析得到液塞长度时间序列.利用统计理论与分形理论分析液塞长度时间序列来揭示液塞长度波动特性.结果表明：气相折算速度对液塞长度的影响远大于液相折算速度.液相折算速度较大时,随着混合速度的增加,液塞长度波动的混沌程度增加;而液相折算速度较小时,随着混合速度的增加,液塞长度波动的混沌程度减小.在管线下倾角较大的情况下,液塞长度分布集中在较小的范围内.管线下倾角越大,液塞长度波动的长程相关性越好.     

下倾管段塞流液塞速度特性研究

为探究段塞流液塞在下倾管中的耗散规律,利用段塞产生器和电导探针数采系统对液塞的速度演变规律进行了试验研究。结果表明:液塞在下倾管运动过程中由于液塞前方气泡渗入将发生耗散,当耗散作用明显时,液塞速度减小;液塞初始长度、下倾管倾角和表观气速对液塞耗散程度的影响体现在液塞形态改变和液塞速度上:液塞初始长度大或表观气速小时,液塞速度慢,利于耗散;倾角大时,液塞速度较快,但液塞形态变化大,综合而言,液塞耗散受形态变化影响更大;液塞尾部速度总是大于头部速度,且差值随液塞初始长度和表观气速的增大而增加;相同表观气速下,液塞头尾速度差值越大,液塞耗散越快,且耗散主要发生在头部。     

上升管系统中严重段塞流的液塞速度特性

在海洋石油开采过程中,在较低的气液流速下上升管系统中易产生严重段塞流,其特点是压力波动剧烈、气液相流量变化大,并会带来多种危害。本文对上升管系统中严重段塞流四个阶段的液塞速度特性进行了深入地研究。结果表明：在液塞形成阶段,液塞速度随气液相折算速度的增大而线性增大;当气、液相折算速度恒定时,液塞速度随下倾管倾角的增大而稍有增大。在液气喷发阶段,液体在上升管中变加速流动,当液塞尾部到达上升管顶部时,速度达到最大值,液塞尾部到达上升管顶部时的瞬时流量远大于液塞流出阶段的液塞流量。气液相折算流速较小时液塞喷发过程更剧烈。     

段塞流气塞破裂后管线压降特性

在气液两相流动中,气塞形成后可能会由于地形变化、输送设备、或其他人为因素引发破裂,引发流体的流动状态变化及压力波动。为了深入了解段塞流流动过程中气塞破裂机理,建立了段塞流流动过程中气塞破裂的物理数学模型,以气液两相流流动参数和管线几何尺寸为研究对象,对气液两相流气塞破裂所引发的压力波动进行分析。结果表明:其他条件相同时,相同长度气塞破裂引发的气塞上游管线压力降低的幅度随上游管线持液率的增大而逐渐增大,随管道直径、液塞尺寸、混合物流速的增大而逐渐减小。     

下倾管液塞耗散中长度特性研究

为研究下倾管内液塞耗散规律,建立了一套包含段塞产生器和电导探针数采程序的气液两相流试验系统,探究了下倾角度、表观气速、初始液塞长度对液塞耗散的影响规律。结果表明:下倾管中的液塞耗散不是一个均匀过程,而是在进口和出口处耗散多,中间位置耗散少。大初始液塞长度、大下倾角度和小表观气速有利于下倾管中的液塞耗散。相同倾角下,表观气速和初始液塞长度影响停留时间,总液塞耗散量与停留时间基本呈线性递增关系。下倾角度相较停留时间对液塞耗散影响更大,下倾角度大时,液塞停留时间短,但刚进入下倾管就会发生较大形态改变,从而加速液塞在下游的形态改变,促进液塞耗散;反之,液塞形态变化小,耗散少。     

深海S形立管系统严重段塞流流动特性

对深海油气集输主要形式之一的S形立管出现的严重段塞流进行了分类和流动特性的分析,得到关键参数对该系统的影响情况,主要形成如下结论:①S形立管典型严重段塞流同L形立管一样具有严格的周期性,其形成过程可分为5个阶段,即下肢液塞形成、上肢液塞形成、液塞溢流、液塞喷发和液塞回流;②随着输量增大,严重段塞流的周期和液塞长度均减小,周期规整性有所减弱;③油气组成在较小范围内变动,对典型严重段塞流的影响不大;④增大管径或立管高度增大了严重段塞流的危险程度,大管径的深海集输管线一旦发生严重段塞流,将产生严重的后果;⑤随着分离器压力的增大,段塞周期增大,发生严重段塞流的后果越严重。     

水平管道油气二相段塞流稳态流动特性

使用通过自行设计并搭建的实验装置,对水平管道油气二相段塞流稳态流动特性进行了实验研究。采用压力信号互相关方法测量了段塞流平均液塞速度,通过分析得到了液塞速度、液塞长度和液塞频率随气、液相折算速度的变化规律。结果表明,当液相折算速度恒定时,随着气相折算速度的增大,液塞速度基本上呈线性增大,而液塞长度呈双曲线减小;当气相折算速度恒定时,随着液相折算速度的增大,液塞频率基本呈线性增大,而液塞长度呈双曲线减小。     

气塞破裂后油气混输管线压力变化规律

油气混输具有流型变化多、流动不稳定、流动规律复杂、易产生段塞的特点,造成管路运行不平稳、波动大、段塞冲击设备等问题,实际运行中工艺计算问题会变得十分复杂。通过建立段塞流气塞破裂力学模型,研究不同直径管线的气塞破裂可能引发的压力波动与冲击,对比分析气塞破裂后管线压力变化规律,研究结果表明:其他条件相同时,随着管径的减小,相同长度气塞破裂引发的气塞上游相同位置管线压力降低的幅度增大;随着气塞长度的增大和管道直径的减少,气塞破裂引发的压力波动向管道上游波及的距离不断增加。     

倾斜窄矩形通道中气弹运动速度

利用高速摄像系统,对4种倾角下窄矩形通道(3.25 mm×40 mm)内弹状流进行了可视化研究。实验中发现,低流速时,倾斜条件下,由于浮力的影响,气弹头部偏离管道中心,头部变尖,因而气弹运动速度加快,系数C₀随倾角增加而减小,漂移速度V₀呈相反变化趋势;高流速时,流动趋于稳定,倾角对气弹速度影响不显著,对C₀和V₀影响较小。通过实验数据评价了竖直条件下4种气弹速度计算关联式。以Froude数3.5为界,分别提出了倾斜条件下C₀和V₀计算关联式。     

水平管内气液段塞流液塞长度发展规律的实验和模拟研究

In petroleum industry, the slug flow is a fre-quently encountered flow regime in multiphase flowpipeline. For pipeline designers, the liquid slug lengthdistribution is important for the proper design ofdownstream facilities, such as slug catcher and sepa-ration system. However, for its transient and unsteadynature, it is a great challenge for engineers to correctlypredict the flow parameters of slug flow, especiallythe maximum liquid slug length. The unit cell model for slug flow in horizontal…     

倾斜上升弹状流中Taylor气泡运动速度研究

用高速动态分析仪对倾斜上升管中气液两相弹状流中Ｔａｙｌｏｒ气泡的运动速度进行了研究。获得了无干扰流场下Ｔａｙｌｏｒ气泡运动参数的测量结果，并分析了混合物流速及管倾角对气泡头部位置的影响，以及由此而引起的气泡漂移速度及液体速度影响系数的变化情况，在理论分析的基础上，推荐了计算气泡运动速度的实验关联式。并且与可利用的结果进行了比较，两者符合较好。     

Influence of slug flow on flow fields in a gas–liquid cylindrical cyclone separator:A simulation study

A simulation method for slug flow based on the VOF multiphase flow model was implemented in ANSYS? Fluent via a user-defined function(UDF) and applied to the dissipation of liquid slugs in the inlet pipe of a gas–liquid cylindrical cyclone(GLCC) separator while varying the expanding diameter ratio and angle of inclination. The dissipation of liquid slug in inlet pipe is analyzed under different expanding diameter ratios and inclination angles.In the inlet pipe, it is found that increasing expanding diameter ratio and inclination angle can reduce the liquid slug stability and enhancing the effect of gravity, which is beneficial to slug flow dissipation. In the cylinder, increasing the expanding diameter ratio can significantly reduce the liquid carrying depth of the gas phase but result in a slightly increase of the gas content in the liquid phase space. Moreover, increasing the inclination angle results in a decrease in the carrying depth of liquid in the vapor phase, but enhances gas–liquid mixing and increases the gas-carrying depth in the liquid phase. Taking into consideration the dual effects of slug dissipation in the inlet pipe and carrying capacity of gas/liquid spaces in the cylinder, the optimal expanding diameter ratio and inclination angle values can be determined.     

倾斜管内低温液弹和Taylor汽泡的长度分布

An experimental study was carried out to understand the phenomena of the boiling flow of liquid nitrogen in an inclined tube with closed bottom by using a high speed motion analyzer.The experimental tube is 0.018 m ID and 1.0 m in length.The range of the inclination angle is 45°-90° from the horizontal.The experiment focused on the effect of the inclination angle show that the mean liquid slug length and Taylor bubble length increase with the increasing x/D at various inclination angles.At the same x/D,the mean liquid slug length and Taylor bubble length increase first,and then decrease with decreasing inclination angles,with the maximum at 60°.In the vertical tube,standard deviation of the nitrogen Taylor bubble length increase with the increasing x/D.For the inclined tube,standard deviation of the nitrogen Taylor bubble length increases first,and then decreases with the increasing x/D.Standard deviation of the liquid slug length increases with increasing x/D for all inclination angles.     

水平管段塞流持液率的波动特性

气液两相段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替,在流动过程中表现出间歇性和不稳定性.今对水平管中段塞流持液率的波动特性进行了分析.结果表明:在同一折算液速下,随着折算气速的增加,段塞单元的平均持液率和液膜持液率先快速下降再缓慢下降,而液塞持液率先缓慢下降再快速下降.段塞流持液率的概率密度分布为双峰分布,高持液率峰对应于液塞区,低持液率峰对应于液膜区;概率密度函数中较完好的峰所对应的持液率与光滑分层液膜区和液塞区的平均持液率相一致.