倾斜管内油气两相流段塞流特性及其识别方法研究.pdf

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1、上海交通大学博士学位论文倾斜管内油气两相流段塞流特性及其识别方法研究姓名：贾志海申请学位级别：博士专业：工程热物理指导教师：王经20041127 上海交通大学博士学位论文倾斜管内油气两相流段塞流特性及其识别方法研究倾斜管内油气两相流段塞流特性及其识别方法研究摘要油气混输技术在石油工业中正发挥着日益重要的作用油气混输技术以其高效率低成本环境适应性强等特点受到石油工业的广泛重视世界各国都在对油气输送关键技术进行研究攻关油气混输技术已成为是目前还没有为了提十分重要的热点课题油气混输技术的关键性制约难题根本掌握油气流动的特性以及如何控制

2、混输过程段塞流的发生高油气混输的效率并减少事故发生有重要的实用价值油气混输流动是典型的两相流动油气混输流动的特殊性在于受地形起伏影响同时油气混输管道管径较大加强对油气混输流动特性的研究具同空气-水两相流动相比混输管道大多是倾斜的一般在75mm以上这两个更造成进行该领域导致目前对这因素不仅使得对油气混输流动特性研究的难度加大研究的实验装置庞大建设投资大有鉴于此运行费用高等困难方面的研究还很不充分研究大尺度倾斜管道内油气流动特本文利用大型可倾斜油气水多性对油气混输技术具有极为重要的意义相流实验模拟装置内径125mm通过实验结合理论分

3、析方法探求倾斜管道内油气两相流流动特性为进一步的深入研究奠定基础本文的主要研究内容和结果如下一对内径为125mm的倾斜管道内油气两相流流型及流型转变特征进行了实验研究绘制了相应状态下的流型图并通过改变管道倾斜角流型及流型转换是两度研究了倾角变化对管内流型分布特征的影响相流研究的基础不同的流型有着不同的力学特性以及传热特性本文并对内径为125mm的倾斜管道内油气两相流流动特性进行了实验研究-i- 摘要通过改变管道倾斜角度1°2°3°5°以及10°研究了倾角变化对管内结果表明水平管道和倾斜管道内流型及其转变管道倾角对流型变化影响显著

4、研究还发现水平管道和倾斜管道内段塞流的形成方式有明显差异水平管道内段塞流的形成而倾斜管道内段塞流则是由泡状层流在界面波的作用下逐此外水平和倾斜管道内都存在段塞流转变的临界表观液最后绘制了不同倾角的倾斜管道中油气为段塞流的研究提供了定量参数二研究了管道倾斜角度管径以及流体物性对管内两相流流型分布的影响由于工程实际中各油田在这三个方面存在明显差异究这些因素对管内流型分布的影响对研究油气混输流动具有重要的意流型分布特征的影响边界区别明显有其瞬时性渐发展生成速且在水平管道中该值较大两相流流型图因此研义本文利用流型预测模型模拟了这些因素对

5、管内流型分布的影响并和实验结果进行了比较研究表明管道倾角对管内流型分布及其转变特征影响显著水平管道和倾斜管道内流型分布结构区别明显流型分布结构相似只是转变边界出现位移但对于研究小倾角的倾斜管道还表明小倾角倾斜管道和大倾角倾斜管道内流型分布也存在明显区别在小倾角管道中在较低的气液相表观速度下流型为延长泡状流流型间的转换边界也发生改变而在大倾角管道中则为分散泡状流对管内流型分布也有着较大的影响转变所要求的液相表观速度上管径并主要表现在层状流向延长泡状流研究表明随着管径增加层状流向段塞流转变需要的液相表观速度明显增大流体物性对管内流型

6、分布也有气相密度以及液相表面张一定程度的影响本文集中研究了液相粘度力三个因素对管内流型分布的影响结果表明液相粘度的变化对流型液相粘度的增大使分布的影响主要表现在层状流向延长泡状流转变上得流型转变需要的液相表观速度降低气相密度的增大使得流型间转变需要的气相表观速度都有所降低而液相表观速度增加研究还表明液相表面张力变化对流型分布的影响很小输技术中管道管径及铺设角度的选取提供了理论依据上述研究结论不仅为油气混也为进一步深入-ii- 上海交通大学博士学位论文倾斜管内油气两相流段塞流特性及其识别方法研究研究油气混输管内流型变化提供了参考数

7、据三研究了倾斜管道内段塞流的转变速度及其频率特征并对段塞流控制技术进行了探讨段塞流是油气混输管线中最常见的一种流型严重的段塞流会给混输管线以及沿程设备造成巨大的危害输停止本文利用Kelvin-Helmholtz模型Petalas&Aziz模型并结合本文实验研究了段塞流在水平和倾斜管道内段甚至造成混修正的段塞稳定模型以及塞流转变速度特征面高度与管径比值研究表明h/D随表观气速的增高随之降低段塞流转变的临界h/D增大研究还表明本文提出的利用公式水平和倾斜管道内段塞流转变的临界液且在倾斜管道中随着倾角的增表观气速增高大段塞流转变需要的

8、临界(AL1/A)crit=0.45+0.65sinθ作为临界段塞流转变速度判据的修正段塞稳定模型和实验数据吻合良利用该模型可以较好的实现对水平和小倾角倾斜管道内段塞流转变速度的预测从而为段塞流转变速度的预测提供了一种新的计算方法对倾斜管道内的段塞频率特征进行了