水平管气液段塞流液塞长度演化规律研究

以水-空气为工质,在内径50mm、长27m的水平管中实验研究了段塞流液塞长度的统计分布规律.实验结果表明,液塞长度受气液混合速度的影响很小,主要与管内径相关.以Taitel和Barnea提出的段塞流跟踪模型为基础,进一步考虑加速压降的影响,建立了新的段塞流跟踪模型,并采用面向对象技术编制了数值模拟软件,实现了数值跟踪.计算结果表明,液塞长度的变化主要受大气泡尾波控制,与气体膨胀关系不大;模型对液塞长度的预测结果基本不受入口平均值和分布形状的影响.实验和模拟结果均说明统计液塞长度较好地符合对数正态分布.管道中的U型弯头阻碍液塞充分发展,但对于较长液塞影响不大.

水平管段塞流液塞长度分布试验研究

在内径为50mm的水平管中,对空气、水段塞流下的液塞长度分布进行了试验研究。试验结果表明,该流态下的液塞长度呈对数正态分布,平均液塞长度与气液相混合速度具有典型的二次多项式关系。当折算液速较小时,反映液塞长度波动长程相关性的Hurst指数与气液相混合速度具有递增的线性关系,液塞长度分布遵循分形统计规律。

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.

水平管道中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水平管空气 水段塞流中的液塞长度波动特性进行了研究。结果表明 ,水平管道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 ,遵循分形统计规律 ,且具有持久性。通过对不同折算液速下的液塞长度波动特性的分析发现 ,液塞长度波动的混沌程度及波动对初始条件的依赖性在混合速度为 1 1m

基于分形理论的液塞长度分析

利用以自相似性为基础的分形理论对管内径为 5 0mm的水平管道的段塞流液塞长度分布进行了统计分析。结果表明 ,水平管中的液塞长度分布遵循分形统计规律 ,充分发展段的平均液塞长度为管径的 11～ 17倍 ,最大液塞长度为管径的 2 5～ 39倍 ,平均液塞长度和最大液塞长度均与气液相混合速度之间具有线性关系。试验研究还表明 ,重标度极差分析法是计算反映液塞长度波动过程具有长程相关性的Hurst指数的有效方法。Hurst指数与气液相混合速度之间具有缓降的线性关系 。

小长径比组合立管内液塞长度演化规律

以气液柱状旋流分离器(GLCC)入口管之前的小长径比组合立管为对象,建立一套气液两相流试验系统,实验研究组合立管内不同位置的液塞长度统计分布规律。结果表明:液塞从水平入口段进入立管段直至排出的过程中存在液塞减速与加速现象,计算液塞长度时必须考虑。水平入口段、立管段及水平出口段的液塞长度分布均符合对数正态分布;随折算气速增大,入口段平均液塞长度先增大后减小,出口段平均液塞长度则呈减小趋势。在低折算液速下,立管段平均液塞长度随折算气速增大而减小;高折算液速时,平均液塞长度随折算气速增大先增大后减小。液塞通过整个组合立管的过程中,平均液塞长度先增大后减小。

大管径水平管中液塞长度的计算

根据从阿拉斯加Ｐｒｕｄｈｏｅ海湾管线收集到的数据，对大管径油管中冲击流各特性参数的计算进行了研究。在实验中，用核子密度计、插入式涡轮流量计、流量计、压力及温度传感器、分离器液位显示器等设备对一条长３英里的管线进行了全面的测试，以１２、１６、２０和２４寸管中得到了１９００万个数据点。

测量水平管道液塞速度和长度的差压波动分析法

分析了压力波动信号互相关求液塞速度存在的不足 ,引入了差压波动分析法 ,明确了液塞到达和离开上、下游测压点的时刻与差压波动信号起峰点及落峰点位置的关系 ;分析了电导探针信号、差压信号和压力信号互相关所求得的相关速度的含义 ,指出差压互相关得到的是液塞运动速度 ,电导探针信号互相关得到的是液塞速度与液膜段界面波速度的平均值 ,压力信号互相关得到的相关速度具有随机性 ;明确了差压信号脉冲宽度为液塞从传感器上游测压点运动到下游测压点的时间间隔 ,脉冲宽度与液塞速度的乘积为液塞长度与差压传感器间距之和 .最后 ,按照上述方法分类 ,把空气 水、柴油和机械油的试验数据的分析结果与文献中报道的液塞速度和长度数据进行了对比 。

差压相关法确定水平管段塞流液塞速度及长度

分析了差压信号和波高信号之间的对应关系,给出了利用差压信号求液塞速度的方法。提出了“假渡越时间”的新概念,根据这一概念给出了求液塞长度的方法,试验结果表明,该方法是求解液塞长度比较有效的一种方法。

水平管液塞长度与频率的跟踪模型预测

采用电导探针在133 m长水平管道上对空气-水段塞流的液塞参数演化特征进行了实验研究,得到了液塞长度、频率统计分布沿管道的变化规律。实验观察到最小稳定液塞长度大约为15D,提出了新的长气泡尾流效应关联式。采用改进的跟踪模型研究了液塞长度等参数沿管演化过程,模型中采用了提出的尾流效应关联式,管道入口液塞长度随机变化。验证表明,模型较好预测出平均液塞长度、最大液塞长度、平均液塞频率等参数。

集输管路上升管系统严重段塞流液塞特征

在海洋油气集输-上升管路系统模拟实验装置上研究了严重段塞流的液塞运动特征。实验结果表明,液塞首先以较低速度流出上升管,该速度约等于管道入口气液混合速度;然后液塞以较高速度流出,速度值主要受管路系统的结构尺寸及物性影响,该阶段的液塞长度不超过上升管高度。本文还分析了液塞长度、各阶段速度与入口气液流量的关系,给出了拟合关联式。

水平管道段塞流液塞速度实验研究

本文在水平长环道上采用电导探针互相关测速技术实验研究了液塞速度,给出了液塞速度与气液混合速度的关联式。研究表明,在低Froude数和高Froude数时液塞速度分别对应不同的关联式。实验结果与文献报道比较表明,在低 Froude数区很好吻合;在高Froude数区,实验结果高于其他研究者的数据。分析表明,液塞速度不受尾波效应影响,主要受液塞和长气泡长度以及液塞含气率作用。在低Froude数区,上下游探针测量的液塞和长气泡长度以及液塞含气率差别较小,因此液塞速度关联式一致;在高Froude数区,液塞和长气泡平均长度以及液塞含气率沿管增大,因此上下游的关联式不一致。

基于段塞流的通用气液两相流模型中闭合关系式的评价

基于段塞流的通用气液两相流模型是近年来提出的能够对气液两相流进行较精确计算的水力计算模型,而闭合关系式的选择对模型计算准确性至关重要。从段塞流出发建立基本方程,得到的计算模型可以适用于管道倾角从-90°至90°的流动情况。选择模型中重要的相间水力摩阻系数、液塞平移速度、平均液塞长度等三个参数,对多组闭合关系式进行评价,将中国石油大学(华东)小型室内多相流环道实验的实验结果与各个关系式应用于模型得到的结果进行对比分析,筛选并推荐适用于模型计算的最优关系式。Andritsos&Hanratty关系式、Bendiksen关系式、Zhang关系式分别为模型中计算相间水力摩阻系数、液塞平移速度和平均液塞长度的最优关系式。

气液两相混输管道的段塞流

本文介绍了国外有关气液两相混输管道的段塞流的研究情况。

气液两相管道清管液塞头形状数值模拟与实验

使用CFX软件对清管过程液塞头进行数值模拟,水和气体作为连续相,采用VOF方法计算及欧拉-欧拉类方法中的均相模型。模拟了管道中无液膜,以及不同厚度、不同流速液膜两种情况。并将CFX软件模拟结果与清管实验结果,文献中的实验结果进行对比分析,模拟结果与实验结果和文献中的数据吻合较好。清管液塞头部的形状呈抛物线,管道中的液膜能够显著减小清管液塞的长度。

混合立管系统严重段塞流流动特性的实验研究

深海油气田开采过程中混合立管系统会出现严重段塞流,造成系统流动特性参数周期性剧烈波动,严重危害海洋开发系统。在混合立管系统的模拟装置上,实验研究了混合立管系统严重段塞流的流动特性。研究结果表明:混合立管严重段塞流的1个周期分为液塞形成、液塞生产、液气喷发和液体回流4个阶段,立管的垂直管段与U形柔性管段的流动特性稍有不同,U形柔性管段在液气喷发阶段产生剧烈抖动;严重段塞流周期随气液相折算速度的增大而减小;立管压力波动幅度随气相折算速度的增大先增大后减小;液塞长度随气相折算速度的增加而减小,且下倾管增加缓冲容积时液塞长度明显增大,减小出油管长度有利于抑制严重段塞流;在深水混合立管系统结构尺寸变化范围内,垂直管高度和U形柔性管尺寸对严重段塞流的发生范围及特性影响不大。该研究结果将为混合立管的设计提供一定的参考依据。

强烈段塞流特征参数测量方法试验研究

通过对单个液塞经过管道上某一测压点时的压力信号进行理论分析,指出了压力波动曲线上的特征点与液塞相对于测压点位置之间的对应关系。根据分析结果,采用单压力信号判断法,求得了强烈段塞流的液塞运动速度、液塞长度等特征参数。与利用双平行电导探针相关法求得的结果比较发现,单压力信号判断法具有测量结果准确、不受流动介质物性限制、不干扰流场、简便实用等优点。

水平管道段塞流特征参数的压差波动分析

分析了压力波动信号互相关求液塞速度存在的不足，引入了压差波动分析法；明确了液塞到达和离开上、下游测压点的时刻与压差波动信号起峰点与落峰点位置的关系；指出了压差信弓脉冲宽度为液塞义到达上游测压点和液塞尾离开下游测压点的时间间隔，脉冲宽度与液塞速度的乘积为液塞长度与差压传感器间距之和．把空气－水、柴油和机械油的试验结果与文献中经验关系式进行了对比，验证了该测量方法的正确性．

严重段塞流压力波动特性试验

为了考察上升管中严重段塞流的变化规律,在强烈段塞流模拟试验装置上利用压力传感器对严重段塞流进行了测试。通过对单个液塞经过管道上某一测压点时的压力信号的理论分析,给出了压力波动曲线上的特征点与液塞相对于测压点位置之间的对应关系,并得到了利用单压力信号求得液塞运动速度、液塞长度和循环周期等特征参数的方法。研究结果表明,在进口气液相流量恒定的流动中,严重段塞流具有严格的周期性,它的液塞速度、液塞长度和循环周期等参数随时间变化而波动的幅度很小。