管中管流体流动与管柱变形测量实验平台设计与测试

基于海上管中管结构承载特性设计了管中管流体流动与管柱变形测量实验平台。该实验平台可更换不同的内管尺寸,研究不同管柱组合的变形和海水流动响应,能够通过调节外管外流速度、内管内流速度、顶部张紧力大小及水深等模拟海上管中管流体流动和变形特性。该实验平台可帮助学生加深对海上管中管的结构、原理及其作用的理解,提高专业兴趣,还可以进行管中管结构动态响应创新性实验研究,培养创新意识,提高解决复杂工程问题的能力。

内流激发垂直悬臂管振动失稳特性实验研究

目的研究管道内部流速和浸没深度对细长柔性悬臂管道振动特性的影响规律。方法通过位移传感器采集管道振动位移时程,计算管道振幅、时频特性、相位变迁和振动频率,分析内流在输流过程中所激发的管道振动失稳特性。结果随着内流流速的增加,垂直悬臂管会经历静态、前失稳和后失稳3个不同状态。管道振幅随内流流速的增加而明显增大,但振动频率只是缓慢上升。随着管道浸没深度的增加,管道振动失稳整体减弱。结论内流流速和浸没深度均是影响管道振动失稳特性的关键因素。

固液两相流诱发变径及T型管道振动实验研究及数值模拟

管道结构中存在变径或开孔,输送介质不可避免会引起管道振动。为准确模拟固液两相流在变径及T型管道内流动所诱发的振动情况,搭建了实验装置,设计了实验流程和实验工况。针对管道的变径和开孔特点,将管道简化成缩径管及T型管进行有限元数值模拟分析,对缩径管及T型管的实验测试数据和数值模拟结果进行拟合处理,得到了固体颗粒比例、出口流量对变径及T型管道振动的影响规律。可为固液两相流在变径及T型管道内诱发的振动分析提供技术支持。

气举试验基地多相流实验平台建设

针对当今多相管流预测技术所存在的一些局限,以建立一套具有国际先进水平的多相管流实验平台为目标,根据该平台所需解决的问题,设计出相关的实验平台装置,介绍了各个装置在此平台里的作用,并给出了这些装置所达到的技术指标。该平台能进行气水、气油、油水、油气水等多种流体,在0~90°倾角、常温~90℃、常压~3.5MPa、液流量0~500m3/d、液黏度0~1000mPa·s、气流量0~50000m3/d范围内的多相管流动态研究。借助此平台进行多相管流实验,可为油气田开发中的多相管流计算问题提供技术支持。

大管径水平管油水两相流动特性试验研究

因井斜变化、流体密度差异等因素致使水平井井中流体流动特性复杂多变,准确进行水平井生产动态监测成为难题。基于水平管油水两相模拟试验,在完全水平流、上坡流和下坡流情况下,对油和水的分布规律、流型分类、速度剖面和滑脱效应等进行了分析,通过剖析3种不同持率测量仪器的响应规律,制作了速度剖面和滑脱速度等试验图版,能很好地用于判断流体流动特性。

气固两相分支管路输送特性的试验研究

在水平T型分支管道中,用压缩空气对平均粒径为0.25 mm砂石进行气力输送试验。通过试验,当输送气速和分支管路流量控制阀开度变化时,对分支管路各自的阻力特性和固相颗粒在各分支管路中的流量分配特性进行了研究。结果表明,在发送压力保持不变的情况下,随着表观气速的减小,气固两相流在各分支管路单位长度上的压差,当开始时逐渐减小;但当气速下降到一定程度后,各分支管路单位长度压差转而增大;当各分支管路流量控制阀的开度差值变大时,分支管路各自的单位长度压差曲线逐渐远离,而固相颗粒在分支管路中的流量分配情况也发生较大变化。

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,用量纲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。

小长径比垂直管气液两相流动特性分析

实验观察了小长径比垂直上流管内流型及特点,并对管入口处的压力波动特性和系统的压差波动特性进行了试验研究.结果表明:小长径比(L/D)垂直管内流型表现为泡状流、塞状流、乳沫状流、环状流和液束环状流;分别增加管线中的气量、液量,或者同时增加气液流量,均会造成垂直管入口处压力波动的均值和最大压力的增加;压力信号的概率密度(PDF)大部分呈双峰分布,也存在单峰和多峰分布;差压信号的概率密度符合正态分布,其功率谱密度同压力信号相比具有频率波动范围宽、幅值小的特点.

水平管道油-气-水三相流动流型试验研究

在气相折算速度0．5～15m／s、液相折算速度0．05-0．5m／s的试验条件下，利用管径为25．7mm的水平管道，进行了含水率分别为10％，20％，40％，55％和70％的油-气-水三相流动流型试验研究。观察到油基／分离／段塞流型、油基／分散／段塞流型、油基／分散／环状流型、水基／分离／段塞流型、水基／分散／段塞流型和水基／分散／环状流型6种流型。后5种流型与其他研究者类似，但第1种有所不同。

多相流试验环道的水力摩阻系数评价

对石油大学(北京)多相流试验环道测试段进行了标定,在水力光滑区,当雷诺数大于0.3Re_1(Re_1为光滑区与混合摩擦区的临界雷诺数)后,发现现有光滑管摩阻系数公式的计算值与实测值误差一般在5％～16.7％之间,误差随雷诺数的增大而单调增加,已不适用精密试验环道的水力计算,而考虑管壁粗糙度的Colebrook公式能很好地拟合试验数据。对几个常用的光滑管摩阻系数公式进行了分析与评价,提出了这些公式的合理使用范围。

水力旋流器新型出口挡板结构对分离性能的影响

针对小直径水力旋流器,设计了不同内置挡板式的溢流管和底流管,实验研究了新型出口挡板结构对水力旋流器分离性能的影响。研究结果表明:内置挡板溢流管适用于处理量较大的工况,与传统溢流管相比,分离效率略有降低,但在高流量下其压降的降低幅度可达11.11%,挡板宜采用相对较窄、较短、三块120°间隔设计方式;底流管内置挡板采用十字交叉结构可稳定内旋流,使分离效率最大可提高5.96%;新型内置挡板的溢流口与底流口相耦合,可同时实现提高分离效率和降低压降的目标。此外,在相同情况下,发现溢流管内置挡板可消除水力旋流器内部的"空气柱",据此推断"空气柱"并非由内部空气形成,而是其内部负压中心形成的某种湍流程度较高的强制旋流涡。

水平圆管内油气水三相流摩擦阻力特性的实验研究

给出了水平放置的圆管内气水、油气两相流及油气水三相流动摩擦阻力压降特性的实验结果．应用理论研究中推导出的各种流型下的摩擦阻力压降关联式进行了计算，并与实验数据进行了比较，揭示了摩擦阻力压降随折算气速、折算液速、油水混合液中的含水率以及管子直径的变化规律．

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%～ 10 0 %、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 。

裂纹损伤管道振动功率流特性的实验研究

设计了无限长裂纹损伤管道的实验模型和装置,分别对无损伤管道和含有环向裂纹损伤管道的输入功率流进行了测量,并与理论计算值进行了对比。结果表明,对于无损伤管道和损伤管道,输入功率流的实验测量结果和理论值均吻合较好。实验研究验证了理论模型和分析结果的正确性,为用振动功率流方法识别管道结构中的裂纹损伤提供了理论基础。

应用Ω型管调整气液分层流动特性实验研究

为了开发抑制严重段塞流的被动式方法,利用所提出的新型流动调整装置—"Ω型管"在水平管内气液分层流条件下开展了实验研究,讨论了Ω型管结构参数对其流动调整作用的影响规律,分析了Ω型管流动调整作用的机理。研究表明,气液分层流流过Ω型管后,液相截面含率的波动强度增加且间歇性增强,具体表现为波动曲线的标准差增加、最大值增加、最小值降低、波动范围增加和波动周期增加;Ω型管能够将气液分层流调整为气液间歇流型,其流动调整能力随主弯管弯曲半径和基本单元个数的增加而增强,受基本单元之间距离的影响相对较小;Ω型管对气液分层流流动特性的调整作用机理可以归结为两个物理过程:液体阻塞和气体携带。研究结果为进一步优化设计Ω型管以及将其应用于立管系统以抑制严重段塞流奠定了基础。

非均匀截面自激振荡流热管内热传输特性实验研究

针对两种不同截面结构的回路型自激振荡流热管,其中,一种内径为3 mm的均匀截面;另一种是在此均匀截面的基础上,将其加热段和绝热段断面加工成垂直交错布置的椭圆形非均匀截面。运用实验研究的方法,在热管壁面不同部位分别布置了温度测点,在不同功率的激光加热条件下,通过对热管壁温监测数据的采集和分析,研究了这种非均匀截面回路型自激振荡流热管内部的热传输性能,并与均匀截面自激振荡流热管进行了对比分析。结果表明:非均匀截面自激振荡流热管内的脉动机制以及热传输特性与均匀截面有很大不同,在中、高负荷条件下,非均匀截面结构热管可以明显起到强化传热效果,与均匀截面结构热管相比,热传输功率提高了13.6%。

水平管段塞流液量改变瞬变过程统计特性研究

为了探索混输管线液量改变瞬变过程压力、压差的变化规律 ,在长 378m、内径 80mm的水平不锈钢试验环道上利用空气和水进行了段塞流液量改变瞬变试验研究。试验采用压力变送器测量压力信号 ,将相邻两压力信号相减 (上游减下游 )得到压差信号。根据试验结果 ,分析了液量改变瞬变过程中压力、压差的变化规律 ,对瞬变过程中的各种现象进行了详细分析和合理解释 ,从概率密度分布和功率谱密度两方面对压力。

水平管油-气-水三相流压力梯度变化特性

在内径50 mm、长40 m的不锈钢水平环道内,利用压力传感器对油-气-水三相管流压力波动特性进行试验研究,从流型的观点分析三相管流平均压力梯度随液相中入口体积含水率、气相折算速度以及液相折算速度的变化规律。结果表明:油-气-水三相管流条件下的转相点对应的入口体积含水率为40%,低于油水两相管流转相点对应的体积含水率(60%),油-气-水三相流动转相的发生与折算液速、折算气速和液相含水率均有关;Lockhart&Martinelli两相模型可以用来预测AN‖O/W流型的油-气-水三相流动压力梯度。

坡比对虹吸管路的稳定时间影响试验研究

通过系列试验观察了虹吸管道安装高度为4 m及6 m时坡比及不同水头差下中行管路倾斜布置的虹吸管内的水气两相流动稳定虹吸时间的长短。通过试验研究发现,虹吸时间与水头差、安装高度及坡比均有关。虹吸时间随水头差及安装高度的增大而增大;在正、逆坡管路中,随着坡比的增大,管内伪空化现象逐渐减弱,稳定虹吸时间逐渐增大;坡比不变时,正坡管路虹吸时间均大于逆坡管路,各种工况下平坡管路的虹吸时间最短。

竖直U形地埋管流速与换热强度实验研究

在2个实际工程现场钻取测试井，采用常见的竖直U形地埋管形式，设定不同的管内流速，测得模拟冬、夏季工况下的进出口水温，计算出单位井深换热量，分析了管内流速对地埋管换热强度的影响。结果表明，在0．6～O．9m／s的流速范围内，地埋管换热强度随流速的增大而增大，超出这一范围，增大流速会导致换热强度降低。