水平管气液两相段塞流的波动特性

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。系统地研究了水平管中段塞流持液率、压力和压差的波动特性。结果表明,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;在压力的概率密度分布中,当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目少时,压力分布出现双峰分布;当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目多时,压力分布出现单峰分布;压差信号分布呈单峰分布。这些特征为流型识别提供了可靠的段塞流标识。     

水平管与倾斜管中段塞流的特性研究现状

水平管与倾斜管中的两相流能引起实际操作时许多问题,而段塞流是气-液两相流最常见的流型。描述段塞流特性最主要的就是管道的几何尺寸（倾角,直径）,工作条件（粘度,压力,温度）以及气-液的物理特性（密度,表面张力）。对于海上采油,压降,段塞长度,持液率这些段塞流特性也是很重要的,了解段塞流的特性是气-液两相生产系统发展的关键。在总结国内外相关研究成果的基础上,针对不同学者的研究结果提出了现阶段可以进一步研究的方向。     

地形起伏管路气液两相段塞流模型研究

段塞流是气液两相流动中的一种常见流型,由于地形原因,管路多处于起伏状态,而目前国内外对起伏诱发的气液两相管路段塞流研究尚不成熟。针对实际气液两相管路中频繁出现的地形起伏段塞流,首先利用历史数据对现有段塞流模型的适用性进行了比较,建立了地形起伏状态下段塞流的液塞追踪修正模型,最后利用FLUENT软件进行了模拟,研究了管路起伏诱发状况对段塞流段塞分布、拐角处持液率、液塞长度和压降的影响,并将模拟压降与计算压降进行对比,结果表明建立的模型具有一定的精度,对于实际的地形起伏诱发段塞流管道的安全高效运行有一定的指导意义。     

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。     

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.     

气液两相流段塞流持气率快关阀法优化设计

快关阀法(quick closing valve,QCV)是气液两相流流动实验中常用持气率标定手段。特别是由于段塞流中气塞与液塞表现为随机可变流动特性,不合理的快关阀间距及截取次数选择将会导致持气率测量误差增大。提出了一种持气率快关阀法优化设计方案。首先,采用环形电导传感器上下游阵列信号计算流体相关流速,根据相关测速结果提取上游传感器信号对应流动工况的气塞与液塞间隔长度序列,采用Maxwell方程提取液塞中含泡持气率;在此基础上,再依气塞在管道内占比模拟计算不同快关阀间距时捕获的持气率波动序列。通过分析持气率序列波动,从统计学角度指出了95%置信度及5%允许误差情况下所需最低截取次数。最后,在快关阀门间距为1.55 m的条件下对段塞流所需截取次数进行了实验验证。通过对快关阀法持气率测量误差进行统计分析,证明了设置两个快关阀门间距的充分条件。     

水平管油气两相段塞流及其传热特性

海底油气管道的冷却传热过程是结蜡、水合物等海洋石油工业流动保障问题的关键控制因素。采用电容探针与热电偶、热电阻等流动及温度测量手段对不同冷却条件下空气-油段塞流的流动参数和传热参数进行实验测量,分析了空气-油段塞流流动参数对传热特性的影响,并与空气-水对流换热进行对比。结果表明,空气-油段塞流对流传热系数主要受液相折算速度的影响,且冷却液温度越低,管底热流体黏度越大,导致热边界层越厚,传热系数降低;受黏性力及边界层影响,对流传热系数远小于空气-水;沿管壁周向,从管顶到管底的对流传热系数不断增大。提出了适用于冷却条件下的油气段塞流传热关联式和传热模型。     

气液两相流动悬跨管道涡激振动动态响应研究

为了理清气液两相流动对悬跨管道涡激振动动态响应的影响,采用数值仿真方法分析了不同管内气液两相流动状态、持液率等对涡激振动动态响应的影响.结果 表明:气液两相流动状态下,CL为正值,随着流动状态的变化,会出现一定的波动,导致总的升力系数出现波动;Cp变化的量级非常小,基本为0,不足以对总的曳力系数产生影响.持液率的变化,...     

水平管气液两相分层流界面剪切预测研究进展

水平管气液两相分层流虽流型简单,但由于界面存在复杂的动量和能量传递,分层流的界面剪切预测至今没有一致的结论。本文从理论模型、实验模型、数值计算3个角度出发,详细阐述水平管气液两相分层流界面剪切预测的研究现状,得出不同研究方法的优势和缺陷。针对3种研究方法,指出理论模型通过模型简化和经验关联式来建立封闭模型,实验模型则在封闭关系上修正经验关联式,但由于简化假设和实验条件的限制,使得这两种研究方法对界面剪切应力的预测具有一定的局限性;数值计算能够弥补机理模型在流场细节等方面的不足,但能够提供界面剪切预测或封闭关系的工作很少。此外,对比了5种不同形式的已有模型对气液两相分层流持液率和压降预测的结果。最后展望了水平管气液两相分层流界面剪切预测的研究趋势,提出理论和实验研究需要提出更详细的局部模型,并考虑工程实际工况进行研究,发展针对气液界面计算的新方法,并为分层流提供封闭关系则是数值计算研究面临的挑战。     

气液两相段塞流特性分析及控制方法

段塞流是一种最常见的流型。严重段塞流会给设计和生产带来了许多问题。笔者结合从业经验,探讨了气液两相段塞流特性及控制方法。通过本文的而研究,对于油气处理设备的安全运行、保障运输设备以及优化工艺性能等都有较实际的应用价值。     

油气水三相段塞流与滚动波流型的转变

Compared with gas-liquid two-phase flow,oil-gas-water three-phase flow is much more complex. There is immiscible oil-water,whose interaction and dispersion greatly affects the flow characteristics. The slug flow pattern of oil-gas-water three-phase and its flow pattern transition were studied in a 95 m long,51 mm i. d. horizontal pipe. The oil-gas-water three-phase slug flow pattern could be classified into five sub-flow patterns. The slug flow was W/O or O/W one during its transition to roll wave,which was three-layer flow pattern without mixed-phase on the interface. An even larger superficial gas velocity was needed for the transition boundary of slug flow and roll wave flow when the superficial liquid velocity is large. Besides,the region of roll wave flow pattern became smaller. The above-mentioned transition only happened when the water cut of liquid was between 30% and 70%. At the same superficial liquid velocity,there appeared a minimum superficial gas velocity corresponding to the transition of flow pattern when the water cut of liquid was between 40% and 50%.     

垂直管内气液两相弹状流压力降

把空隙率和气相密度沿管子高度的变化当作连续过程，并以微分单元压力降出发，然后在全管范围内积分，从而导出了气液两相在弹状流情况下的总压力降计算式：△Ｐ＝　ｌｎ（１＋　）＋Ｚｃ该计算式用于计算弹状流压力降时，简便且准确度高。     

Hydrodynamic characteristics of gas-liquid slug flow in a downward inclined pipe

Gas-liquid slug flow in a downward inclined pipe was studied experimentally by employing a wire-mesh sensor that enables quantitative measurements of the cross-sectional void fraction distribution. Processing of the wire-mesh sensor data was applied to carry out a statistical analysis of characteristic parameters of downward slug flow, such as bubble and liquid slug length distributions, as well as to determine the ensemble-averaged shapes of the bubble nose, liquid film and bubble tail. It was found that the pipe inclination affects mainly the bubble length, while variation in the gas flow rate affects both bubble and slug length. The bubble nose shape is more sensitive to the flow conditions than the bubble tail. The 3D structure of an elongated bubble in downward slug flow was reconstructed from the wire-mesh sensor data.     

基于段塞流的通用气液两相流模型的建立与验证

气液两相混输流动中,由于段塞流与其他流型均有联系,从段塞流出发建立模型可以使不同流型下的计算模型得到统一。基于段塞流建立气液两相流动量方程和连续性方程,完善模型对气泡和液滴夹带的处理。建立模型的闭合关系式,对关键参数(壁面及气液相间水力摩阻系数、液塞平移速度、平均液塞长度)的计算闭合关系式进行优选,得到适用于模型的闭合关系式,同时,对液滴和气泡的夹带给出夹带条件及相关参数计算式,最终建立基于段塞流的通用气液两相流模型。使用3组不同来源的实验数据验证了模型计算压降和持液率的准确性,实验数据分别来自中国石油大学(华东)、大庆油田实验基地的气液两相流实验以及国外研究人员的实验研究,包含各个气液流型。模型具有较高的计算精度,优于未经关系式完善和优化的原始模型,大部分压降及持液率参数的计算误差在±15%以内。     

Modelling the transition to slug flow in horizontal conduit

A physical model for the prediction of transition to slug flow is presented. The model assumes that the slug is formed as a result of a hydraulic jump which is sufficient to just touch the top wall of the conduit. This, together with a ‘breaking dam’ assumption at the rear of the slug, gives necessary and sufficient conditions for the formation of a stable slug. The minimum liquid film thickness ahead of the slug, degree of aeration within the slug and slug translational velocity are predicted. The predictions agree very well with those of previous workers and with experimental data.     

用统计方法研究未充分发展弹状流动

在一内径19 mm、长2 m的垂直有机玻璃管内,采用自制的电导探针对未充分发展的气-液二相弹状流中的弹状气泡上升速度、液塞上升速度、弹状气泡长度和液塞长度进行了测量。得到了各自随表观气速或表观液速的变化规律。结果表明:在未充分发展的弹状流状态下,弹状气泡的上升速度略高于液塞的上升速度:弹状气泡长度随表观气速的增大而增大,随表观液速的增大而减小。文章对弹状气泡长度进行了统计分析。未充分发展弹状流中弹状气泡长度符合正态分布律。     

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.