插拔式变比例均匀取样器及气液两相流量计量

分流比是取样型多相计量装置的关键参数,传统取样装置取样比固定,难以适应现场工况变化。为实现取样比在线调节,提出一种插拔式新型取样器,分流孔数为20,直径为3 mm,沿主管管周均匀布置,取样截面上游设置螺旋器诱发来流形成均匀螺旋环状流,通过特殊设计的取样管可动态改变分流孔的连接方式从而获得期望的取样比。根据取样孔和主流孔阻力平衡关系,推导气液相分流系数公式,并在气液两相流试验环道上进行试验验证。结果表明气液相分流系数主要取决于取样孔和主流孔的数目,不受气液相折算速度、入口流型的影响,气液相流量测量最大误差小于±5%;与单孔取样相比,三孔取样阻力损失更低,同时由于进行了多点取样,降低了对液膜均匀程度的依赖,能够在更低的气液相流速工况下工作。     

基于分时原理的气液两相流量测量

取样式多相计量要求取样流体与主管被测流体保持稳定的比例关系,基于这点,为保证取样的代表性,根据从时间上对多相流体进行取样的分时分配原理,设计了基于该原理的转轮型分配装置,实现了气液两相流量测量。利用空气-水为实验介质,在气液两相流实验系统上进行了实验验证。实验中出现的流型包括波浪流、环状流及弹状流,在实验范围内进入取样回路的气液相流量与主管被测流量保持稳定的线性关系,液相、气相流量测量最大误差分别为7．3％和7．5％。     

旋流型管壁取样分配器分流特性

试制一种特殊的T型三通管结构取样器,8个取样孔均匀布置在管壁周围,取样孔上游布置有旋流叶片用于流型调整。研究气液两相流通过该分配器的流动特性。采用Euler气液两相流模型和雷诺应力模型,通过数值模拟方法分析节流元件尺寸对分配器分流特性的影响,并在多相流试验环道上开展试验研究。结果表明:旋流取样分配器特性受节流元件尺寸影响显著,前后压力场的变化是分流系数发生变化的根本原因。     

基于管壁取样的气液两相流量测量

为克服传统取样式多相流量测量方法取样口易堵塞的缺点,提出了通过管壁取样测量气液两相流体流量的新方法.管壁四周均匀布置4个直径为2.5 mm的取样孔,并在上游采用旋流叶片将来流整改成液膜厚度均匀分布的环状流型,从而增强了取样的代表性.分析表明,取样流体中的液相质量流量与主流体液相质量流量的比值主要取决于取样孔的数目和大小,而取样流体中的气相质量流量与主流体气相质量流量的比值则与主管路液相流量有关.在管径为0.04 m的气液两相流实验回路进行的实验表明,在实验范围内液相取样比为0.049,基本不受主管气液相流量波动的影响,能够在宽广的流动范围内维持恒定.液相流量最大测量误差为6.8%,气相流量最大测量误差为8.9%.     

气液两相流临界分配特性及相分离控制

为实现对气液两相流的均匀分配,提出了一种由旋流叶片、整流器以及两个分流喷嘴组成的新型分配装置。其工作原理是:通过旋流叶片将来流调整为均匀环状流型,以保证两分流喷嘴入口接触气液两相流的几率相等;通过喷嘴加速两相流达到当地声速,形成临界流动,以克服喷嘴下游各支管路阻力特性不一致所导致的相分离。在气液两相流实验环道上开展了实验测试,实验分配器分流喷嘴喉部直径为8mm,扩张角为21°。实验气相折算速度范围为7~20m/s,液相折算速度范围为0.013~0.16m/s,出现的流型包括波浪流、段塞流以及半环状流。结果表明:在喷嘴喉部气液混合物速度达到声速的条件下,气液相分流系数接近理论值0.5,不受上游流型以及气液流速的影响。侧支管干度与主管干度最大偏差小于±5%,而当液相折算速度小于0.02m/s时,无法形成均匀环状流,气相更容易进入侧支管。提高液相折算速度以及喷嘴差压在分配总压降中所占比重,将有助于降低相分离程度。所提出的分配器结构紧凑,无分离装置和控制元件,基本无需维护,有望在高压两相流分配系统中获得广泛应用。     

基于离心法引发的气液两相环状流的数值模拟及流量测量研究

用数值模拟方法研究了水平管内气液两相流经过旋流叶片这种离心原件的流动特点。入口为段塞流,空气为主相,水为次相。研究在离心力作用下给气液相分布和流型转变带来的影响。模拟结果表明段塞流经过离心原件后流型转变为环状流;且环状流的液膜相对比较均匀。实验引进了3D打印技术,试制了旋流叶片,并开展了气液两相流实验研究,采用多普勒流速仪测量,通过对液膜速度分布曲线积分即可获得液相质量流量。实验取得了良好的结果,误差基本都在10%以内。实现了管内相分离和流量的非介入式测量,为气液两相流计量提供了指导意义。     

XF-2005气液两相流流量计及其在油井中的应用

基于密度测试计算原理,采用油、气、水不分离计量技术,利用计量气液多相混合流体流量和混合流体组分的方法设计了一种气液两相流流量计,实现了油、气、水混合流体流量的分别计量.     

XF-2005气液两相流流量计及其在油井中的应用

基于密度测试计算原理, 采用油、 气、 水不分离计量技术, 利用计量气液多相混合流体流量和混合流体组分的方法设计了一种气液两相流流量计, 实现了油、 气、 水混合流体流量的分别计量.     

地面集输系统油气水多相取样计量技术研究

传统的油气计量分离器存在体积大、精度低等缺点,已很难适应当前高含水期生产需要.提出了通过管壁取样测量油气水三相流流量的新方法.管壁四周均匀布置4个直径为2.5 mm的圆形取样孔,并在上游采用旋流叶片将来流整改成液膜厚度均匀分布的环状流型,以增强取样的代表性.在管径为0.04 m的多相流实验环道上开展了实验研究,结果表明:在实验范围内,取样比基本不受主管气、液相流量波动的影响,能够在宽广的流动范围内维持恒定,液相分流系数稳定值为0.05,液相流量平均误差为2.8%,气相流量平均误差为4.2%.该装置特点是体积小、成本低、计量稳定.其成功应用有望撤销计量站,实现集输工艺流程的简化优化,降低油田高含水期运行成本.     

转鼓分流分相式气液两相流体流量测量技术研究

提出了一种分流分相式气流两相流体流量计，其采用转鼓作为分配器，从被测的两相流体中成比例地分流出约20％的气流混合物，并应用分离法分别测量出其中的气相和液相流量，然后根据比例关系确定被测两相流体的各相总流量，理论分析和实验结果都证明，分流系数等于分流通道数与总通道数的比值，而与流型无关，实验中出现的流型包括分层流，波状分层流和环状流，在实验范围内，流量测量的平均误差小于5％，实验结果与表明，转鼓运动间隙是影响实际分流系数稳定性的主要因素，转鼓的加工精度愈低，运动间隙过大，则分流系数的稳定性和测量精度就愈低。     

分相式气液两相流体等干度分配方法

提出一种新的气液两相流体等干度分配方法--分相分配法.该方法的特点在于,基于单相流体较容易实现均匀分配的特征,首先通过强化两相流体在分配单元内的相分离,将气液混合物分离成单相或接近单相的气体和液体,然后以单相流的形式分别进行分配,最后将分配后的单相气、液进行两两汇合,完成两相流体的等干度分配.在空气一水实验回路上对这种分配方法进行了实验研究,结果表明,在分层流、波状分层流、弹状流和部分环状流的情况下,气液两相流体均能在分配元件内得到较好分离,保证在单相或接近单相的状态下进行分配,支路与主路间的平均干度偏差小于1.6%.     

两相流振荡流动特性的可视化实验研究

为了解决活塞内冷油腔中气液两相流的振荡传热问题,设计并搭建了由柴油机改装的往复振荡实验装置,利用高速摄像技术对内冷油腔实验件中气液两相流的振荡流动过程进行了可视化观测实验,分析在不同转速和液体填充率下实验件中气液两相流在起振阶段和充分振荡阶段的振荡流动形态。结果表明：在起振阶段,气液两相的分界面明显,没有强烈的湍流混合运动,在充分振荡阶段,液体的运动规律及流动形态呈周期性变化;转速主要影响气液两相流的湍流强度,填充率主要影响气液两相流的流动形态。研究结果揭示了内冷油腔中气液两相流的振荡流动规律,可为高强化活塞的结构优化设计提供参考。     

泵出型螺旋槽机械密封端面间隙气液两相流动数值分析

针对泵出型螺旋槽气膜密封由于阻塞气压力降低,被密封液相介质进入密封间隙的情况,以密封端面间隙流体膜为研究对象,利用Fluent软件VOF模型模拟阻塞气压力恢复到正常值时端面间隙的流动状况。此时流体膜处于气液两相非稳定流动状态,研究密封端面间气液两相介质分布、压力分布及密封性能随时间的变化规律。结果表明:在假设条件下,内径处阻塞气压力恢复到正常值,流体膜能够恢复成纯气相流体膜;液相介质能增强流体动压效应,增大气相介质流动阻力,降低泵送量;气液两相掺混,改变了气液两相分布、压力分布、泵送量等密封性能,增大了流体膜恢复成纯气相的难度,且在液相介质进入螺旋槽状况下,流动过程中少量液相介质在内径处发生泄漏。     

水平管气液两相环状流小破口泄漏相分离预测

多相流体通过管壁破口会发生相分离,导致泄漏流体的气液相比例与主管出现差异。为预测水平管环状流泄漏相分离特性,综合考虑了周向液膜分布不均匀影响,建立了不同方位破口相分离特性预测模型。在气液两相流实验环道上进行了泄漏特性实验研究,测量了环状流型下与管底部周向夹角分别为0°、45°、90°的破口泄漏的相分离特性,实验段直径为40mm,破口为圆孔直径2. 5 mm。结果表明,泄漏的气、液相流量与相应的主管气液相流量的比值主要由自破口处的气液相分布决定。在实验范围内模型预测结果与实验值吻合良好。     

基于强制环状流的往复式动态电导传感器的持液率测量

利用传统电导法测量气液两相流持液率时,测量精度和测量范围往往要受到流型和矿化度的影响。为此,提出一种在强制环状流状态下,利用往复式动态电导探针测量持液率的方法。测量装置由旋流器、电导探针、探针自动往复移动装置和数据采集处理系统等组成。该测量方法一方面将流型调整为强制环状流,使测量结果不受复杂多变的气液流型的影响;另一方面,仅仅根据电路的通断来确定液膜厚度,而不依赖具体的电导率大小,因此可以克服矿 化度对测量结果的影响。通过数值模拟研究,标定了动态电导传感器对液膜进行测量的位置位于旋流器下游约6D处;通过室内实验验证了装置的可行性,结果表明：在气相表观流速5~20m·s-1,液相表观流速0.079~0.48m·s-1的实验参数范围内,持液率最大偏差为10.45%。     

叶片式混输泵气液两相流及性能的数值分析

利用Fluent计算软件在多重参考坐标系下采用欧拉方法的双流体湍流模型计算螺旋轴流式叶片泵内高含气状态下的三维气液两相流场.通过对泵内绝对流速、叶轮相对流速、静态压力、气液两相分布及其相间滑移速度矢量的分析,探讨了气液两相介质在泵内的流动规律.结果显示离心力的作用使叶轮内液相主要在轮缘附近流动,而气相则聚集在轮毂附近;泵导叶内气液两相分离状况有较明显改善.通过与泵性能实验结果对比,验证了文中方法对气液两相叶片式混输泵计算分析的有效性.