弯管中的气液两相流水击现象

以 90°弯管为研究对象 ,对气液两相流水击压力波在弯管中的传播和衰减规律进行了实验研究 .实验弯管采用曲率半径与管径比R /d分别为 1.9,2 .5 ,3.2 ,3.8;含气率范围为 0～ 1.7% ;表观液速为 0 .2 3～ 1.6 4m/s .得出了弯管中内外两侧不同部位水击压力及其随含气率、流速变化的规律 .压力波在弯管中的传播与在直管中差异很大 ,弯管外侧压力明显大于内侧 ,在弯管出口与入口直管段处两侧压力相同 ,形成压力环 .压力环形状受含气率影响最大、表观液速次之、曲率半径影响最小 .经过弯管后水击压力有不同程度的衰减 .随着气含率的增加 ,压力衰减加快     

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人口体积含水率为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＆Murtinelli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.     

水平管气液两相泡状流入口段流速场的实验研究

用热膜测速技术对水平管气液两相泡状流入口段中的液流速度及局部含气率分布进行了研究．实验时液流折算速度为3．5～4．0m／s，气流折算速度为0～0．44m／s．结果表明，在入口段中液流速度随液流折算速度的增加而增加，随气流折算速度的增加而分布更不均匀．含气率随气流折算速度的增加而增加，随液流折算速度增加分布趋于均匀．在本实验范围内，当实验测试段长度与管径比L／D大于109后，液流速度和局部含气率的分布随L／D的变化已不很明显，可认为达到充分发展区域．     

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。     

错列圆柱表面周向压力分布的试验研究

研究了正三角形排列的3排错列圆柱受到气液两相流横向冲刷时的表面周向时均压力和脉动压力的分布特性,讨论了含气率对圆柱表面时均压力系数和脉动压力系数的影响．气液两相流的流型为细泡状流,两相隙缝流雷诺数的范围为2.0×10     

管内气液两相流涡街稳定性分析

为了研究管内气液两相流涡街的内在特征,提出1个量纲为1的变量即稳定性指数,根据稳定性指数偏离稳定状态的程度,定量判断管内气液两相流涡街的稳定性。以空气和水为介质,以三角柱为旋涡发生体,在内径为50mm的水平管和垂直上升管中分别进行实验,分析雷诺数和体积含气率对气液两相流涡街稳定性的影响。研究结果表明：体积含气率对管内气液两相流涡街的稳定性起主要作用;在水平管中,当体积含气率小于15％时,涡街比较稳定,稳定性指数的取值为1．00±0．16;当体积含气率大于15％时,稳定的涡街难以维持,部分涡街的稳定性指数为2．0-3．0：在垂直上升管中,稳定的涡街体积含气率可以达22％,在此范围内,稳定性指数的取值为1．00-0．12;当体积含气率大于22％时,涡街变得不稳定,此时,部分涡街的稳定性指数为0．50～0．75。     

黏度对垂直管气液两相流压降的影响

压降是气液两相流研究中的重要参数,而黏度对气液两相流压降有显著影响,因此有必要对不同黏度下压降规律进行研究。采用多相流试验平台测试系统,在内径60 mm,实验段长8 m的垂直管中开展油气两相流实验研究。表观液速0. 08～0. 20 m/s,表观气速1～19 m/s,气相为空气,液相为白油,黏度分别为25、50、70、150、200 m Pa·s,研究黏度对压降以及Beggs-Brill、Mukherjee-Brill和Hasan-Kabir三种压降模型计算准确性的影响。结果显示:压降模型的计算精度绝大部分会随黏度的增加而降低,其中Beggs-Brill模型在不同黏度下准确度较其他两种更为稳定,但黏度在200 m Pa·s时绝对误差高达42. 67%;黏度对于总压降影响明显,而对位差压降的影响较小;实验中观察到负摩阻压降现象,发现表观气液速度越小,黏度对负摩阻压降影响越大。     

基于超声波的气液两相分层流液膜厚度及流量的非介入测量

传统液膜厚度测量方法会干扰液膜流动进而引发测量偏差,为了克服传统测量方法的不足,提出了采用超声多普勒进行非介入式测量液膜厚度的新方法,通过超声多普勒流速仪测量气液界面回波信号,通过反射回波识别气液界面测得液膜厚度,通过对液膜速度分布曲线进行积分,还可获得液相质量流量。在气液两相流实验环道上开展了测试,液相折算速度范围为0.027~0.066 m/s,气相折算速度范围4.85~15.81 m/s。实验表明:液膜厚度的分辨率0.01 mm,液膜厚度最大测量误差4.32%,液膜质量流量最大误差5.0%。     

悬链线立管多相流流型研究

以水和空气为介质,在不同倾角的水平段和悬链线段组合中,研究气液两相流可能出现的流型及其特点,其中流型主要通过肉眼观察结合压力波动检测的方法来进行辨别.同时针对实验范围内出现的部分流型,研究该流型下管段压力和压降随气液速度以及角度的变化规律,并对悬链线管段为段塞流和严重段塞流时管内含气率、气泡长度、气泡速度、气泡频率等参数进行测量.结果表明:试验范围内共出现9种组合流型,4种组合区域所占区域最广;气液流速的变化对管线压降有一定的影响,水平管段的角度对压降的影响远小于气液速度的影响;液速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随气速的增加而增加,气速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随液速的增加而减小.     

水平管泡状流强制扰动下的空隙波特性

在水平透明玻璃管内以空气和水为流体介质研究了强制扰动下气-液两相泡状流空隙波的特性,应用高速摄影仪和电导探针,对不同扰动频率下空隙波的不稳定性和波速进行了观察测量.研究结果表明,空隙波对于外界周期性扰动具有频率选择特性,随含气率的提高,扰动传播的衰减减慢,流动不稳定性增加.对应于一定的扰动频率,空隙波有不同的速度概率分布,呈现色散特性.空隙波的波速概率分布在两相混合流速处出现峰值,向两侧加速递减,与高斯分布接近.     

小长径比垂直上流管压力波动特性分析

在垂直管长2.2m、内径0.05m的小型气液两相流实验装置上对小长径比（L/D=44）垂直上流管压力波动特性进行了实验研究.结果表明：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均值压力和最大压力的增加.选取适当的回归模型,得到了入口处平均压力和最大压力随折算液速和折算气速变化的关系式;压力信号的概率密度（PDF）符合正态分布,并且大部分呈双峰分布,也存在单峰和多峰分布;压力信号的功率谱密度（PSD）具有频率波动范围小、幅值大的特点.     

水平管内气液两相泡状流压力波数学模型及其数值模拟

利用整体平均两流体模型,合理引入虚拟质量力、粘性剪切力和拖曳力引起的界面动量交换等封闭条件,建立了水平气液两相流动中压力波的数学模型.根据小扰动原理和线性一阶齐次方程组有解的条件,得到水平气液泡状流的压力波色散方程.色散方程的计算结果与前人实验数据显示很好的一致性.进一步的数值计算,系统分析了含气率、系统压力、壁面剪切应力、扰动频率和封闭条件中虚拟质量力、拖曳力对压力波传播速度和衰减的影响.结果表明:系统压力的降低、含气率的增加以及壁面剪切应力的存在,都会降低压力波的传播速度,并使压力波衰减加快;而扰动频率、虚拟质量力和拖曳力对压力波的影响,在低频和高频段差异很大.     

高气液比气液两相流管内相分隔特性

管内相分隔技术是一种先进的多相流处理技术,为多相流分离和测量提供了新的思路。但是目前对多相流管内相分隔特性及流动机理的研究较少,一定程度上限制了该技术的应用。利用数值模拟的方法,对高气液比气液两相流管内相分隔特性进行了研究,并通过实验方法加以验证。高气液比气液两相流在旋流器的作用下被调整为气核-液环流型,即形成管内相分隔状态。研究结果表明,旋流器叶片角度为45°时相分隔效果最好;在气液两相流管内相分隔状态下,液环维持距离约为160 mm;气液两相进口流速和液相粒径对相分隔效果有较大影响,当进口速度大于5 m/s,液相粒径大于0.05 mm时,能够取得较好的相分隔效果。研究结论为基于管内相分隔技术的高气液比气液两相流分离和测量提供了理论支持。     

气液两相流中错列圆柱上旋涡脱落规律的试验研究

通过试验,对气液两相流中相同直径的3排错列圆柱表面上旋涡的脱落与节径比、含气率的关系进行了研究,研究发现：旋涡的周期性脱落仅在含气率α小于等于0.14的范围内发生;对于横向节径比s1/d小于等于2.0的错列圆柱,隙缝流呈现双稳态的偏斜流,而横向节径比s1/d大于2.0时,双稳态的偏斜流消失;两相流斯特拉赫数随含气率的增加而减小。     

垂直气液两相管流中的空隙率波测量

在直径为112.5mm, 长度12m的垂直管中,利用阻抗式空隙率计对垂直气液两相管流空隙率波进行了测量。结果表明连续相表观流速和管径对流态的演化和空隙率波的传播特性有较大的影响。连续相表观流速大,泡状流失稳的临界含气率低;管径大,空隙率波的传播速度高。分析结果表明流动湍流度对流态的演化起非常重要的作用。对空隙率波的分析表明不同流态的空隙率波的PDF和频谱曲线具有不同的特征;含气量越高,空隙率波的频率越趋于单一。     

油水气三相流的流型及泡状流向弹状流的转变

油水气多相混输是海上油气田开发中赖以取得重大经济效益的技术,其流动特性的准确计算是管线设计及安全、经济运行的重要依据.首先,通过实验确定出了油水两相混合物由油包水(W/O)向水包油型(O/W)的转变发生在含水率约为0.45时.垂直下降管内油水气三相流的流型基本上可以划分为油包水和水包油型的泡状流、弹状流及环状流.通过对垂直下降管内气泡碰撞、合并机理的分析建立了油水气三相流动过程中泡状流与弹状流间的转变界限的计算式,该转变发生的临界截面含气率约为0.35,计算结果与实验值的平均误差为11%.泡状流向弹状流的转变主要取决于折算气速和折算液速的大小,含水率对转变界限的影响较弱.     

受气液两相流横向冲刷的圆柱表面压力分布研究

在１．６×１０４～５．０×１０４的Ｒｅ数范围和０～０２的含气率范围内,利用微型压力传感器和旋转工作台,对垂直上升矩形截面管内由空气和水组成的气液两相流绕水平布置圆柱流动时圆柱表面的压力分布进行了实验研究,得出了时均压力系数分布和脉动压力系数分布随含气率及Ｒｅ数的变化特性．从这些特性中可以看出,气液两相流中圆柱背侧的旋涡从层流分离开始向紊流分离转变的临界Ｒｅ数比单相流时低得多;当含气率超过０１时,在圆柱背部的尾流中不再产生明显的涡街;用脉动压力分布可以比时均压力分布更清楚地表明旋涡的强度及分离位置．本实验范围内Ｒｅ数对时均压力和脉动压力分布的影响都很小．     

气液两相介质的多级液力透平特性

以DG85-80五级节段式离心泵作液力透平,采用N-S方程和标准k-ε湍流模型,选择Mixture多相流模型和SIMPLE算法,用CFD软件对不同体积含气率的气液两相介质的液力透平进行数值试验,分析其外特性和内部流动规律.结果表明:气体膨胀作功对液力透平能量特性的影响较大,透平进口含气率增大时,最优工况的压头和功率增大,水力效率和质量流量减小,各级导叶与叶轮交界面压力损失的总和变大;叶片背面压力小于工作面压力,叶片背面流体速度大于工作面,随透平进口含气率变大,叶轮各流道压力分布不均匀性加剧,叶片工作面进口附近的漩涡区域减小;叶片背面含气率比工作面的大,从导叶进口到叶轮出口含气率增大,从第一级到第五级,随级数增加,导叶-叶轮流道内体积含气率减小.     

水平管内气液两相螺旋流压降规律实验研究

在气液两相流实验装置上进行了流型和压降的实验。以空气和水为实验介质,对水平管内气液两相螺旋流的流型进行了研究。依次得到螺旋波状分层流、螺旋泡状流、螺旋弥散流三种典型的流型图像。并分析了流型、体积含气率、气液折算流速以及叶轮起旋参数等因素对气液两相螺旋流压降的影响。最后实验表明,流型是影响压降规律的主要因素,其他因素对压降的影响亦有影响。螺旋弥散流是压降梯度最小的流型。以上结果对今后相关的研究以及工程实际应用具有重要的指导意义。     

油水气三相流的流型及泡状流向弹状流的转变

油水气多相混输是海上油气田开发中赖以取得重大经济效益的技术，其流动特性的准确计算是管线设计及安全、经济运行的重要依据．首先，通过实验确定出了油水两相混合物由油包水(W／O)向水包油型(O／W)的转变发生在含水率约为0．45时．垂直下降管内油水气三相流的流型基本上可以划分为油包水和水包油型的泡状流、弹状流及环状流．通过对垂直下降管内气泡碰撞、合并机理的分析建立了油水气三相流动过程中泡状流与弹状流间的转变界限的计算式，该转变发生的临界截面含气率约为0．35，计算结果与实验值的平均误差为11％．泡状流向弹状流的转变主要取决于折算气速和折算液速的大小，含水率对转变界限的影响较弱．