水平管段塞流特征参数测量方法的试验研究

在内径54mm、长24m的水平有机玻璃管中利用空气－水为试验介质对段塞流特征参数的测量方法进行了研究。利用上、下游两个压力信号相减得到差压信号，用电导探针测量了波高信号。分析了压力信号、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相关测量液塞速度的方法，提出了“差压渡越时间”的新概念，并根据差压渡越时间这一概念提出了测量液塞长度的新方法。同时探讨了利用压力和液高信号测量段塞流特征参数的可能性和优缺点。试验结果表明，利用差压信号相关易于测量液塞速度、液塞频率和段塞单元长度，但用差压信号不能测量段塞流持液率的变化。液塞速度随气液混合物速度增大而增大，滑脱系数C0不是一个常数。用波高信号相关可以测得液相平均速度。用波高和压力信号不易于测量液塞频率和段塞单元长度。     

下倾管段塞流特征参数试验研究

为揭示下倾管段塞流的流动规律，在内径50 mm、长27.43 m的不锈钢多相流试验环道上对下倾管段塞流的特征参数进行了试验研究。采用差压波动信号相关分析技术，分析了气液相折算速度、混合速度以及管线倾角变化对液塞速度、平均液塞长度、最大液塞长度以及液塞频率的影响。结果表明，随混合速度的增加，液塞速度不是线性增加，而且对管线倾角的变化不敏感;平均液塞长度随着混合速度增大呈先减后增的变化趋势，但随着倾角的变化没有明确的规律，而当Froude数大于16时，管线倾角对最大液塞长度的影响减小;液塞频率随气、液相折算速度增加而单调增加，且倾角越大，液塞频率越小。     

下倾管段塞流特征参数试验研究

为揭示下倾管段塞流的流动规律,在内径50 mm、长27.43 m的不锈钢多相流试验环道上对下倾管段塞流的特征参数进行了试验研究.采用差压波动信号相关分析技术,分析了气液相折算速度、混合速度以及管线倾角变化对液塞速度、平均液塞长度、最大液塞长度以及液塞频率的影响.结果表明,随混合速度的增加,液塞速度不是线性增加,而且对管线倾角的变化不敏感;平均液塞长度随着混合速度增大呈先减后增的变化趋势,但随着倾角的变化没有明确的规律,而当Fmude数大于16时,管线倾角对最大液塞长度的影响减小;液塞频率随气、液相折算速度增加而单调增加,且倾角越大,液塞频率越小.     

水平气-液两相流伪段塞流和段塞流的识别及其理论预测

水平气-液两相流中,由于气相流速较高时出现的伪段塞流具有环状流和段塞流双重特征,故导致流型识别上的困难.通过对实验数据的分析,利用压力脉动、压力信号的振幅、液塞的速度3种特征来辨识伪段塞流和段塞流,并应用于40和50 mm管径水平管道油气两相流实验.在压力脉动时序图上,段塞流具有伪段塞流所没有的维持段特征,且伪段塞流的压力振幅和液塞速度都要明显低于段塞流.在较高的气相表观速度下,判断段塞流出现的依据在于其上游的液层能否提供足够的液体来维持一个稳定的段塞体单元.根据段塞稳定性理论,对段塞流出现的临界条件进行理论预测,结果与实验数据较吻合,计算得到的流型转变曲线能较好地区分段塞流和伪段塞流区域.     

段塞流诱导柔性立管振动响应实验分析

在气液两相循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线型柔性立管振动响应测试,利用高速摄像非介入测试方法同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的段塞流动细节,预测了气体表观流速对水动力段塞流诱导柔性立管振动响应的影响规律,分析了振幅响应、模态权重、频谱变化以及管内流动特性。结果表明,随着气体表观流速的增大,振动幅度逐渐增大,模态交互作用逐渐增强,尽管高阶振动模态权重不断增大,但一阶模态在立管振动响应中始终占据主导;对于较小的气体表观流速,振动响应主要归因于短段塞的不稳定流动,对于较大的气体表观流速,振动响应主要取决于长段塞的流动频率;气体表观流速增大使管内流动速度、段塞长度逐渐增大,而持液率逐渐减小。     

空气水两相段塞流的跟踪模拟及试验研究

分析了前人提出的段塞跟踪模拟方法的优缺点 ,根据液塞头部的加速压降和入口液塞长度分布特征对段塞跟踪模型进行了改进。采用面向对象技术 ,实现了水平和倾斜管道段塞流的跟踪模拟 ,并与多相流试验环道的空气水试验数据进行了对比。模拟结果表明 ,当不考虑加速压降时 ,用跟踪模型预测的压降低于实测值 ;当考虑加速压降时 ,用跟踪模型预测的压降高于实测值。在管道上固定位置测出的压力信号符合正态分布 ,管道上某一固定点处液塞头部和尾部的速度分布也符合正态分布。当不考虑气泡尾波作用时 ,液塞长度沿管线增长较慢 ,分布形状无变化 ;但是考虑气泡尾波作用时 ,在入口附近液塞长度平均值增长较快 ,统计分布沿管轴向呈对数正态分布。     

空气—水两相段塞流的跟踪模拟及试验研究

分折了前人提出的段塞跟踪模拟方法的优缺点，根据液塞头部的加速压降和入口液塞长度分布特征对段塞跟踪模型进行了改进。采用面向对象技术，实现了水平和倾斜管道段塞流的跟踪模拟，并与多相流试验环道的空气—水试验数据进行了对比。模拟结果表明，当不考虑加速压降时，用跟踪模型预测的压降低于实测值；当考虑加速压降时，用跟踪模型预测的压降高于实测值。在管道上固定位置测出的压力信号符合正态分布，管道上某一固定点处液塞头部和尾部的速度分布也符合正态分布。当不考虑气泡尾波作用时，液塞长度沿管线增长较慢，分布形状元变化；但是考虑气泡尾波作用时，在入口附近液塞长度平均值增长较快，统计分布沿管轴向呈对数正态分布。     

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.     

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.     

强烈段塞流特征参数试验研究

为了寻求强烈段塞流特征参数的变化规律,在高4 m、内径50 mm的管线中利用双平行电导探针测试了强烈段塞流的持液率信号,并用互相关法对其进行了分析,得到了强烈段塞流的液塞速度、液塞长度随气、液相折算速度及下倾管倾角的变化规律。结果表明,当气相折算速度恒定时,随着液相折算速度的增大,液塞速度、液塞长度均线性增大;当液相折算速度恒定时,随着气相折算速度的增大,液塞速度线性增大,而液塞长度呈双曲型减小;当气、液相折算速度恒定时,随着下倾管倾角的增大,液塞速度、液塞长度都稍有增大。     

强烈段塞流特征参数试验研究

为了寻求强烈段塞流特征参数的变化规律，在高4m、内径50mm的管线中利用双平行电导探针测试了强烈段塞流的持液率信号，并用互相关法对其进行了分析，得到了强烈段塞流的液塞速度、液塞长度随气、液相折算速度及下倾管倾角的变化规律。结果表明，当气相折算速度恒定时，随着液相折算速度的增大，液塞速度、液塞长度均线性增大；当液相折算速度恒定时，随着气相折算速度的增大，液塞速度线性增大，而液塞长度呈双曲型减小；当气、液相折算速度恒定时，随着下倾管倾角的增大，液塞速度、液塞长度都稍有增大。     

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.     

气液两相弹状流动中气弹及其尾流气泡参数的瞬态测量

利用管内气液两相弹状流中因气弹周围液膜加速、减速所致的波动差压,实验测量了气弹速度、气弹长度以及气弹尾流作用长度等参数,并利用气弹尾流气泡群在尾流瞬变压力激励下所辐射的声波及其频谱,对尾流气泡群的最可几尺寸进行了测量．实验结果及误差分析表明,该测量方法比传统方法在无流场干扰、测量结果多样性等方面显示出较强优越性．     

Experimental study on pressure fluctuation characteristic of slug flow in horizontal curved tubes

In order to study the pressure characteristics of slug flow in horizontal curved tubes,two kinds of curved tubes with central angle 45° and 90° respectively are studied,of which are with 0.5m circumference and 26mm inner diameter are used.When the superficial liquid velocity or the superficial gas velocity is constant,the pressure fluctuations and the probability distribution of the average velocity of slug flow are clear for all of the five experimental conditions.The results of experiment show that the pressure characteristics of slug flow in curved tubes have periodic fluctuations.With the rise of central angle,the period of pressure fluctuation is more obvious.The system pressure of the slug flow increases with the increasing of superficial liquid/gas velocity.Meanwhile,the probability distribution of pressure signal shows regularity,such as unimodal,bimodal or multimodal.     

黏度对垂直上升管段塞流流动规律的影响

为研究在不同黏度的条件下的垂直管段塞流流动特性,进行了实验和数值模拟研究,对不同黏度下的截面压力、含液率、压差波动信号及压降值进行分析.结果表明:液相黏度的增大使气塞长度减小,并缩短至7.5～9倍的管径,段塞周期缩短,管道截面压力和压差波动会随之加快,平均持液率也逐渐增大,Mukherjee-Brill模型无法准确预测高黏油气流动的持液率,VOF(volume of fluent model)模型的持液率计算精度较高.液相黏度的变化对段塞流压降有一定影响,实验和模拟计算中都出现了负摩阻压降现象,总压降随着黏度增大而增大;Beggs-Brill模型的压降计算精度随着黏度的增加而降低,Hagedorn-Brown模型和VOF模型对压降的预测效果较好,误差低于15％,可见优于其他模型.     

毛细管中两相流动特性的电导测量方法

建立了单毛细管中两相流动传递参数实验系统,基于该系统开发了测取泰勒流下气泡速度气含率、气泡频率以及液栓长度等参数的双电导测试系统。结果表明,与常用的摄像法进行比较,双电导探针具有在线、实时和动态响应快等特点,可替代摄像法,并可扩展应用于结 构化催化剂内部测定气液两相流动参数分布。同时,采用电导法对毛细通道中多种流型——包括分散气泡流、气泡串流、泰勒流、膜流及多种过渡流型——进行辨识,取得了较好的实 验结果.     

通球清管过程中微起伏管内的段塞流特性试验研究

利用室外大型多相流试验环道进行了段塞流的清管通球特性试验，以空气，水为试验介质，在多种气液流量下测量了管道中不同位置处的压力，压差，并记录了清管通球过程中管道入口的流量变化，分析试验结果发现：清管球进入管道后会引起气液流量变化，并会使管道中流体的流动出现短暂停滞，管道中各点的压力会逐次达到一个远远超过稳态的高压力值，清管球的运动速度，球前，后的压差是液混合速度和距管道入口距离的函数。