氣液兩相和油氣水三相段塞流流動(dòng)特性研究.pdf

1、氣液兩相和多相段塞流廣泛存在于石油、化工工業(yè)中，由于其流動(dòng)的間歇性和相分布的復(fù)雜性，目前對(duì)其研究仍處于探索階段。本文在內(nèi)徑50mm，長(zhǎng)為40m的水平管和微傾斜管中對(duì)氣液兩相和油氣水三相段塞流進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，對(duì)完善多相流理論及實(shí)際應(yīng)用具有十分重要的意義。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下： 對(duì)段塞流持液率、壓力和壓差的波動(dòng)特性進(jìn)行了深入研究，分析得到段塞單元平均持液率、液塞持液率、液膜持液率、壓力及壓差的變化規(guī)律。通過(guò)統(tǒng)計(jì)和非線性分析發(fā)

2、現(xiàn)：段塞流持液率的概率密度分布為雙峰分布，高持液率峰對(duì)應(yīng)于液塞區(qū)，低持液率峰對(duì)應(yīng)于液膜區(qū)；在壓力的概率密度分布中，當(dāng)壓力測(cè)試點(diǎn)到管道出口之間的段塞單元數(shù)目少時(shí)，壓力分布出現(xiàn)雙峰分布；當(dāng)壓力測(cè)試點(diǎn)到管道出口之間的段塞單元數(shù)目多時(shí)，壓力分布出現(xiàn)單峰分布；壓差信號(hào)分布呈單峰分布。這些特征為流型識(shí)別提供了可靠的段塞流標(biāo)識(shí)。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)Kelvin-Helmholtz模型、粘性長(zhǎng)波長(zhǎng)模型和液塞穩(wěn)定模型進(jìn)行了對(duì)比分析。采用Kelvin-He

3、lmholtz模型研究油氣水三相段塞流的轉(zhuǎn)變邊界，發(fā)現(xiàn)液相含水率的增加將導(dǎo)致臨界液速和臨界液位的增加。油氣水三相段塞流與環(huán)狀流轉(zhuǎn)變中發(fā)現(xiàn)特殊的滾動(dòng)波流型，段塞流型為W/O或O/W段塞流型，滾動(dòng)波流型為相界面沒(méi)有混合的三層流型，油氣水三相段塞流與滾動(dòng)波流型的轉(zhuǎn)變僅發(fā)生在液相含水率為30％～70％的工況下。當(dāng)液相含水率≤20％或≥80％時(shí)，隨著氣相速度的增加，段塞流直接轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀流。在同一折算液速下，隨著液相含水率的增加，流型轉(zhuǎn)變對(duì)應(yīng)的折算

4、氣速先降低然后再升高，當(dāng)液相含水率為40％～50％時(shí)，流型轉(zhuǎn)變對(duì)應(yīng)的折算氣速出現(xiàn)最小值。 研究采集信號(hào)的特征發(fā)現(xiàn)油水兩相流的流型分為六種，分層流、混合界面分層流、O/W&W分散流、O/W分散流、W/O&O/W混合流和W/O分散流。并采用無(wú)因次量關(guān)聯(lián)的方法，得出了各流型轉(zhuǎn)變邊界關(guān)聯(lián)式，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。油氣水三相段塞流分為八種子流型：分層段塞流、混合界面分層段塞流、W/O&O/W段塞流、O/W&W段塞流、塞O/W膜O/W&W段塞

5、流、O/W段塞流、W/O&O段塞流和W/O段塞流，并對(duì)流型轉(zhuǎn)變進(jìn)行了深入研究。在油氣水三相段塞流型中存在反相現(xiàn)象，反相點(diǎn)的液相含水率在30—40％之間。 對(duì)水平管和微傾斜管中氣液兩相和油氣水三相段塞流特征參數(shù)(液塞速度、液塞長(zhǎng)度、液塞頻率、長(zhǎng)氣泡長(zhǎng)度和段塞單元長(zhǎng)度)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。液塞速度分布符合高斯分布，分析得到了液塞速度關(guān)系式及油水相分布對(duì)液塞速度的影響規(guī)律。液塞長(zhǎng)度符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，隨著Fr<,m>的增大先減小后增大，在