海洋集输立管系统严重段塞流转变模型研究

结合严重段塞流的形成机理,研究了立管底部压力与集输管道中流体压力的变化规律,建立了过渡流型向严重段塞流、稳定流转变的准则模型。对比Lockhart-Martinelli参数法和Beggs-Brill公式法在气液两相流含气率的预报效果,并将流型转变模型的预报结果与实验结果对比,结果表明:采用Beggs-Brill公式计算气液两相流含气率时具较高的精度,同时本文流型转变预报模型的预报值与实验结果吻合很好,从而可以为海洋集输立管系统的优化设计提供理论依据。

集输立管系统气液两相流流量变化的响应时间研究

实验研究了集输立管系统内气液两相流单相或两相流量变化的响应时间。结果表明响应时间的最大值出现于极低气液流量的情况,但在稳定流型与严重段塞流的边界附近出现极大值;响应时间的最小值则出现于不规则震荡流型的情况。这一复杂规律由不同流量下流型主导因素的差异所决定,差异具体体现为下游流动状态对上游的影响程度不同。针对一相或两相流量变化的不同情况,分别提出了响应时间的计算关联式。

集输立管气液流量变化暂态过程实验研究

在大型集输立管多相流实验系统上进行了单相或两相流量变化实验研究,比较并分析了集输立管系统与简单水平管压力过升、过降现象的异同,研究了压力、压差的均值或幅值的暂态变化以及压力、压差达到稳态的顺次。结果表明集输立管系统流量变化的暂态响应受下倾管立管结构与入口流量改变的共同影响,在不同流速范围内两种影响因素呈不同的主次关系。实验结果还表明不同压差信号的响应可用于立管不稳定流型或不规则流型形成的预报。

基于非完整周期信号的集输立管流型在线识别

为改善集输立管系统流型识别实时性,本文初步提出了一种基于非完整周期信号的识别方法。从严重段塞流过程中液塞生长、液塞流出、气液喷发、液塞回落的某一阶段或相邻两阶段选取较短时长的压力、压差波动信号序列,采用计算速度较快的方法进行特征提取。通过自组织神经网络融合局部流动特征,描述集输立管系统空间流动特性,实现流型识别。本文实验流速范围内,该方法对稳定流型与不稳定流型的平均识别率达到90%以上,初步验证了该方法的可行性。

长距离集输立管中严重段塞流频率特性研究

实验研究了1 MPa压力下长距离集输立管中严重段塞流特性,基于立管压差信号的功率谱密度(PSD)函数,研究了严重段塞流频率随气液流量、立管顶部节流的变化规律。实验结果表明,严重段塞流频率随气液流速的增大而增大,但随液相流速增大的幅度更大;将严重段塞流节流至稳态的过程中,在极小气液流速的SS1区域范围内,节流会使得严重段塞流频率增大;而在较大气液流速下的SS1和SS2范围内,节流的过程中严重段塞流的频率几乎不变。

集输立管内非稳定流压差波动特性实验研究

实验研究了集输-立管系统内空气水的两相流动,将其流动结构分为稳定和非稳定两大类流型并建立宽广流速范围内的流型图;揭示了非稳定流动中不规则流型流动特性及其形成机理;集输-立管系统内液相的逐渐积累是不稳定阶段建立的关键因素,多次喷发导致系统内液量的大量减少,在低折算液速下不能及时弥补减少量是稳定阶段建立的主要因素。实验发现,中高折算速度条件下,立管整体压差波动幅度与水平管段压差波动幅度均随折算速度的增大先增大后减小;而在低折算速度条件下,则表现为单调递减的变化规律;并建立了各自相应的压差波动特性等高线图。

严重段塞流现象与立管顶部节流的瞬态模拟

在对严重段塞流现象实验研究的基础上,本文采用OLGA软件建立了实验系统的瞬态模型,对水平段长度为114 m,下倾段长度为133 m,立管高度为15.3 m,内径为50.8 mm的集输-立管系统中的严重段塞流现象进行了数值研究,给出了相应流型图,并将立管底部压力、立管顶部持液率、段塞周期等严重段塞流特性参数的模拟结果与实验结果进行了对比;本文还对控制严重段塞流现象的立管顶部节流法进行了模拟研究,并与实验结果进行了对比。研究发现,本文的瞬态模型能够较好地模拟出实验中发现的四类流型,但对严重段塞流详细特性参数的模拟不够准确,对顶部节流的模拟与实验结果相差较大,对顶部节流法消除严重段塞流的机理仍需进一步研究。