不同管径水平管油气两相流压降模型

为得到准确的不同管径水平管气液两相流的压降预测模型,用5号白油和空气在内径为40、60、75 mm,长11.5 m的测试管内进行了水平管气液两相流实验,并结合理论分析研究了不同管径水平管气液两相分层流和环状流压降模型。结果表明:相同气、液量条件下,压降随着管径的增加而减小,且管径对压降的影响较大。结合实验中观察到的流型,分别建立了水平管层流和环状流的压降计算方法,其中层流压降模型中的液相折算系数和环状流压降模型中的气液界面摩擦系数均考虑了管径的影响,新方法对不同管径条件下实验压降预测准确,整体平均绝对误差为6.4%。     

水平管内积液特性的实验及理论预测模型

为保证水平井的高产优势,需准确预测水平井的积液排出条件及积液覆盖井壁范围。以空气和水为两相介质,利用矩形横截面管,对水平管积液特性进行了可视化两相流实验,获得了水平管内气相流动参数与管内积液间的关系,以及积液工况下气液两相界面剪切因子的大小。实验结果表明：水平管内积液稳定存在对应于一较大的管内气速范围,在该气速范围内,积液在管内的滞留长度或积液覆盖范围随气速的增大而减小;积液工况下水平管内界面剪切因子随管内气相雷诺数的增大略有升高,但变化不明显。同时,也对水平管积液特性的理论预测模型进行研究。基于积液液面倾斜机理分析和两相流动受力分析,建立了水平管积液特性理论预测模型的基础方程;进而通过包络原理使模型封闭,结合由实验结果获得的界面剪切因子及壁面剪切因子关联式,提出了能够用于工程应用的水平管积液特性理论预测模型。该模型的预测结果与实验结果相符良好,即可用于预测水平井积液排出的条件,也可用于判断井内积液覆盖井壁的范围。     

水平细圆管内气液两相流动界面形状的分析

为精确确定水平细圆管内气液两相分相流动的界面结构，提出采用基于相平衡理论的最小能量原理分析，研究重力、界面剪切力和表面张力对气液两相流流型的影响；分析小尺度下水平圆管气液两相流动的特点。发现即使在细圆管内，相界面间的剪切力对气液两相流流型的影响依然比表面张力显著得多。利用最小能量原理提出了可预示两相系统气液界面形状的方法。     

LDCT法气液两相流传递特性研究

用极限扩散电流技术（LDCT）对竖直管内的液体单相流与气液两相流的传质特性进行了测量，经三传类比由测量结果获得了传热特性．实验在一内径为18mm的垂直有机玻璃管内进行，实验液体为K3Fe（CN）6-K4Fe（CN）6-NaOH溶液，气体为空气．实验结果与Dittus-Boelter式的计算值及两相流传热的文献值吻合较好．实验中对气液两相流瞬时极限电流信号进行了测量与分析，采用小波分析法对瞬时极限电流波动信号进行了6尺度分解与重构，深入认识了气液两相流的传递过程．对上升管中气弹运动对传热传质的影响提出了假设.     

基于EMD多尺度能量熵的气液两相流型表征

采用经验模态分解(EMD)和信息熵相结合的方法研究垂直上升气液两相流多尺度非线性动力学特性。首先,对采集的电导波动信号进行经验模态分解,然后根据得到的本征模态函数分量(IMF)求取指标能量,在此基础上建立了一种基于指标能量的多尺度特征熵计算方法。结果表明,多尺度特征熵值不仅可以作为流型识别的特征向量,同时还可有效揭示气液两相不同流型的复杂流动特性。     

基于广义复合多尺度熵的两相流动力学分析

多尺度熵(MSE)作为一种度量非线性时间序列复杂程度的有效分析方法,已被应用于两相流动力学特性分析.针对MSE分析中粗粒化方式的不足,采用方差代替均值以及复合化熵值的广义复合多尺度熵(GCMSE)对几种典型时间序列进行了分析.与MSE相比,GCMSE分析有效且熵值的稳定性表现更好.在此基础上,分析了125种不同流动条件下垂直上升管内气液两相流3种典型流型的压差波动时间序列.研究结果表明:泡状流、塞状流、混状流的GCMSE均随尺度因子的增大而增大,但熵值增长速率存在明显的差异,在低尺度因子下熵值增长速率能够用来表征不同流型,在中高尺度因子下熵值波动特征能够映射不同流型的非线性动力学特性.     

绕平板气液两相流数值计算方法

为探究现行多相流模型和湍流模型对通气两相流动的适应性及所体现的数理本质,选取典型的绕平板气液两相流为研究对象,通过对比不同多相流模型、湍流模型对绕平板气液两相流的数值计算结果与实验结果,建立了适用于绕平板气液两相流的数值模型。 结果表明,基于单流体理论的Mixture多相流模型忽略了流场内客观存在的气-液相界面,计算结果不能真实反映实际流动现象,与实验结果不符;Level Set方法由于考虑了气液界面的表面张力的影响,能合理反映气液界面波动的特性,可以获得和实验较为一致的计算结果;滤波器湍流模型在标准k-ε模型的基础上,通过对湍流黏性项的修正,降低了计算流场中的湍流黏度,可以更精细地描述与时间相关的气液多相复杂流动现象,进而有效提高对非定常流动计算过程的预测精度。      

垂直上升气液环状流液膜参数多尺度分析

气液两相环状流是最常见、最典型的流型之一,广泛存在于工业应用领域,特别是在石油化工、空气调节冷却系统、核反应堆冷却等领域.利用近红外光吸收衰减技术对气液两相垂直上升环状流的重要流动参数——液膜厚度进行了测量,将与液膜厚度直接相关的光强时序信号利用小波变换的多尺度处理方法进行研究分析,获得其重构系数和功率谱;通过对采集到的时序信号的确定性和平均对角线长度2个递归参量进行了分析,得到了液膜表面扰动波的变化和入口参数之间的关系,为更好地认识液膜波动、演化提供了有效的技术手段.     

功率谱熵在垂直于水平流向的气液两相流压差信号中的应用

对垂直于水平流向的气液两相流压差信号进行了实际测量,对采集的信号提取其功率谱熵值.结果表明:压差信号的功率谱熵受外界压力变化影响较小,对两相流流型变化是敏感的,通过分析功率谱熵值随气液两相流气相流速变化趋势,能够较好地揭示水平管道气液两相流流动特性,为两相流流型的准确识别方法提供有价值的参考.     

考虑弹性基础的气液两相流海洋立管耦合振动分析

基于气液两相流立管系统的模态分析和气液两相流流动特性试验,预测与评估不同流态的气液两相流引起弹性基础上海洋立管的振动特性。模态分析中考虑流体密度分布的变化和不同弹性基础系数对振动模态的影响;气液两相流流动特性试验中,绘制含7种流型的流型图,测试各流型的压力波动特性并进行时频分析。模态分析与试验结果相结合,分析不同弹性基础时7种流型引起立管共振的可能性,并预测各流型引起立管振动的特性。最后,测试7种流型引起的试验装置的振动响应,验证耦合振动分析方法的准确性。结果表明:气液两相流和弹性基础对立管系统的固有频率和振型有显著影响;立管系统无弹性基础支承时,严重段塞流I、严重段塞流Ⅲ、段塞流和波动气泡流会引起立管系统的共振;基础的弹性系数较大时,两相流不会引起立管系统的共振,试验装置的振动响应与管内两相流流动参数的波动规律一致。