摇摆对水平管内气液两相流流型影响研究

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1、哈尔滨工程大学硕十学位论文1．2．2流型图流型图是用于流型识别及流型转换判断的重要工具之一，早在1949年，Lockhart心¨等研究了不同的管内流动条件下的流动阻力问题，Baker'引在前人研究的基础上发展了流型判别的流型图方法，同时代的Hoogendoorn'。2·针对水平管内气液两相流也应用了这一方法，其后出现了许多种不同条件下得到的流型图，比较有代表意义的有Mandhane、Taitel、Weisman、Griffith、Spedding、Barnea等的流型图。流型图主要是根据资料总结而成的，由于研究者主观认识有差异，导致流型图坐标参数表达式形式繁多，一般用气相表观速度和

2、液相表观速度(或以这两个参数为基础得到的其它折算参数厂构成流型图的坐标系，表1．2给出了一些经典的流型图所采用的坐标参数及其主要工况。表1．2几种典型流型图的坐标参数和主要工况研究者．坐标参数主要工况Baker1954v粥执，vs砷水平管道，空气一水，工作压力0．1MPaBell，etal1970修正P'J19．P。{g

3、九A和9对流体物性进行修正Malldhane．etal1974NG，NL

4、水平管道，流道内径25ram，空气一水Mandh锄e．etal1974VSG，’，乩水平管道，流道内径：12．7ram～165．1mmTaitel，etal1977x．F、K、T水平管道，空

5、气一水Barnea1987VSG，’，乳全倾角管道，流道内径25．4ram，LinHanrattyI987’，SG，VSL水平管道，流道内径：25．4ram，95．3ram就流型图而言，目前存在下列问题：流型图中所体现出的决定流型的因素主要为气、液相的流速等几个主要参数，其它影响流型形成的因素未得到体现，使得根据流型图确定流型的可靠性受到影响，这在流型转换时显得尤为明显；在流型图中流型转换表现为一些过渡区域，在这些区域中流型是不确定的；大部分流型图所依据的实验数据来自水一空气流动，流型图的适用范围是有限制的；对于流型形成’的机制的研究还处于经验阶段，要把所有的流型统一到一个流型图中

6、还不可能他”。4哈尔滨工程大学硕十学位论文1．2．3水平管流型研究1．2．3．1水平管流型气液两相流体在水平管中流动时的流型种类比较多，这主要是由于重力的影响使液体趋向于管道底部流动，而气体则由于浮力的作用趋向于管道的顶部流动，这样造成了流动的不对称性，使流动型式复杂化。在研究过程中，不同的学者对水平管内产生的流型有着不同的分类。1954年，AlvesGE⋯，把水平管内流型大致分为6种：细泡状流型、气塞状流型、分层流型、波状分层流型、气弹状流型及环状流型。1976年，Taitel等12“把水平管内流型分为五类：间歇流(包括弹状流和塞状流)、光滑分层流、波状分层流、分散泡状流和环状流

7、，这种分类方式与AlvesGE12“、Mandhane”引类似。1982年，Hewitf圳识别了弹状流的一个子流型——半弹状流(semislug)，作为单独一个流型，流动特征是液弹没有接触管道的上壁面，现在一直被认为是波状流的一种形式。1987年Lin等旧引把液弹瞬态和壁面接触这种特征定义为一种新流型——准弹状流(pseudo．slug)，被认为是弹状流的一种形式。Spedding等㈣·a引提出十几种流型划分，在此基础上，1997年Wong等协”根据实验观察，提出16种可识别流型，并进一步把它们划分为四大类，每一类更为详细地分为几小类：分层流(光滑分层流、惯性波状流、涟漪波状流和滚

8、动波状流)、间歇流(塞状流、弹状流、塞状流一弹状流、准弹状流)、分散泡状流及混合流动(滚动波和液滴、滚动波，液滴和环状流、滚动波和环状流、准弹状流和环状流、准弹状流和薄环状流、弹状流和环状流、分散泡状流和弹状流)。1．2．3．2水平管流型图在现有的各种水平管流型图中，Baker流型图建立最早并得到广泛应用，特别在石油工业和冷凝工程设计中。此图是综合了空气一水两相流在常压下水平管内流动的实验数据得出的，由于最初的Baker流型图在系统参数的影响方面有缺欠，Bell。等学者对其进行了修正13”。修正后的流型图以气液折算质量流速为横纵坐标，同时引入两个参数允和lf，，来考虑流体物性的影响

9、。哈尔滨T程大学硕+学位论文Mandhane他61根据近6000个实验数据归纳出另一幅适用于判别水平管中气液两相流的流型图，如图1．1所示。此图以按管内压力及温度算得的气相折算速库‰和液相折算速度‰为坐标，目前这一流型图被广泛采用。f警§、0％协·s。1)图1．1Mandhane水平管流型图Weisman等人利用广泛的实验数据，提出水平管流型图汹，，如图1．2所示。该图以标准状态下空气一水流过内径25．4mm的管子为基准，对不同管径和工质用参数咖和兜修正。由于从一种流