濕氣管流的研究近幾年成為陸上和海上天然氣集輸過程中較為常見的研究課題,由于石油勘探開發(fā)往往處在偏遠(yuǎn)地區(qū)且地形復(fù)雜的地方,所以要研究濕氣管流就必須結(jié)合地形情況,從現(xiàn)場實際工況出發(fā)進(jìn)行研究。本文將針對復(fù)雜地形條件下,根據(jù)多相流軟件及幾種經(jīng)典組合模型,對濕氣流動過程中流動型態(tài)、截面含液率及壓降等的預(yù)測模型進(jìn)行建立或者優(yōu)選。在起伏地形條件下,濕氣管路往往會在管路低洼處形成積液,而積液的累積會影響管路輸送效率,嚴(yán)重時會導(dǎo)致管路堵塞無法正常運行。積液的形成又與管路的流型、截面含液率和壓降密不可分。本文將根據(jù)影響濕氣管路流動型態(tài)、截面含液率以及壓降的主要影響因素出發(fā),分析各因素對這三者的影響規(guī)律,從而展開對流動型態(tài)、截面含液率和壓降的進(jìn)一步研究。本文首先對氣液兩相管流中可能出現(xiàn)的流型進(jìn)行分析,分別對每種流型在水平、上傾、垂直和下傾管中形成機(jī)理進(jìn)行分析,并且結(jié)合現(xiàn)有經(jīng)典的管路流動型態(tài)預(yù)測模型進(jìn)行組合,得到適合濕氣管流的流動型態(tài)預(yù)測組合模型。針對濕氣管路的截面含液率,首先利用多相流軟件OLGA進(jìn)行截面含液率影響因素分析,再結(jié)合算法用已有數(shù)據(jù)分別對上傾、水平和下傾管建立截面含液率預(yù)測模型,并使用預(yù)測模型與... 

【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

水平管兩相流體的流型分散流環(huán)狀流

163.1.2垂直兩相流的流型在垂直向上的兩相流中觀察到的主要流動模式如圖3-2所示。與水平流不同，在垂直流動中不存在分層流，并且發(fā)現(xiàn)流型關(guān)于管道軸對稱。垂直流動中主要流型的描述見圖3-2所示：圖3-2垂直向上兩相流的流動氣泡流：氣相分散在連續(xù)的液體介質(zhì)中，并在整個管道橫截面中均勻分布。段塞流：不同于水平管或者傾斜管，垂直管中的葉賽沿管軸對稱分布。環(huán)霧流：細(xì)小環(huán)形流動本質(zhì)上是一種環(huán)形流動，其特征在于液滴大量夾帶到中央氣芯。以上所說的所有垂直向上流動的流型也都存在垂直向下流動。3.2不同流型形成機(jī)理氣泡流：氣泡流的特征在于分散在連續(xù)液相中的小尺寸離散氣泡的流動。對于水平和傾斜兩相流，氣泡始終位于管道上壁區(qū)域附近（非對稱流）。對于垂直流（向上和向下），氣泡在管道橫截面上均勻分布（對稱流）。觀察到氣體和液體的流速顯著影響分散在液體介質(zhì)中的氣泡的大小，形狀和分布。在固定的氣體流速下，液體流速的增加導(dǎo)致剪切作用而減少了氣泡尺寸，從而增加了試圖滲透單相液體并進(jìn)入近管軸區(qū)域的氣泡數(shù)量。氣泡的形狀，大小和分布的這種變化可能不會影響兩相流參數(shù)，但它肯定會影響兩相流場的局部特征。在垂直向下流動的情況下，低氣體流速條件下，氣泡僅分布在管道的中心區(qū)域，而單相液體占據(jù)了近壁區(qū)域。垂直向下流動中氣泡的出現(xiàn)主要是由于“取芯現(xiàn)象”，其特征是管壁對液相上施加的排斥力。取芯現(xiàn)象是浮力和慣性力之間相互作用的結(jié)果，并且在概念上類似于由于馬格努斯效應(yīng)施加在高爾夫球上的升力。如圖3-3所示，浮力和升力（由于氣泡兩側(cè)存在壓力梯度）作用于氣泡，導(dǎo)致氣泡朝著管道中心線。在垂直向上流動的情況下，浮力在流動方向上，并且升力作用在氣泡上，朝向管道壁。但是，對于

17垂直向下的流動，浮力的方向與流動方向相反，從而在管道壁面上施加剪切力，氣泡離開管壁，這導(dǎo)致氣泡向管軸線區(qū)域附近遷移。研究發(fā)現(xiàn)，隨著氣體和液體流速的增加，氣泡趨于聚結(jié)，并且慣性力取代浮力效應(yīng)，因此也取代了管壁施加的排斥力（升力）。因此，氣泡開始向管壁移動，并在整個管道橫截面上更均勻地分布，在垂直向上和向下流動方向上，氣泡流的物理外觀相似。圖3-3浮力、慣性和升力的相互作用Usui和Sato等[38]、Oshinowo和Charles[39]和Nguyen[40]分別在19mm、25mm和45mm的垂直向下管道中觀察到了類似的取芯現(xiàn)象。一般情況下取芯現(xiàn)象只發(fā)生在垂直向下和接近垂直向下的方向，大直徑管道的取芯現(xiàn)象比較明顯，取芯現(xiàn)象會隨著管徑的減小而消失，在兩相流文獻(xiàn)并沒有提供任何證據(jù)來證明D<12mm管徑的取芯現(xiàn)象的存在。Bhagwatetal.(2012a)[41]和Bhagwatetal.(2012b)[42]提出，取芯現(xiàn)象影響兩相泡狀流的摩擦壓降和傳熱趨勢，主要是由于壁面斥力作用于管道內(nèi)壁。段塞流：段塞流通常出現(xiàn)在氣液流量較低或中等的情況下，特征是長氣泡和液塞交替流動。對于水平和傾斜管道方向，拉長的氣泡(氣塞)與管道軸線不對稱，且在管道上壁附近。對于垂直向上流動，氣塞是關(guān)于管道中心線對稱的，有一個形狀呈子彈形狀的前端和一個平坦的后端。垂直向上流動的氣塞也被稱為“泰勒氣泡”，其示意圖如圖3-4所示。對于垂直向上和所有向上的傾斜管道，當(dāng)氣體段塞通過給定的管道截面時，它會在段塞前端的正前方加速液相。為了保持連續(xù)性，液相以液膜的形式沿管壁向下減速回落。研究發(fā)現(xiàn)，即使在氣體流量增加的情況下，這種拖尾液膜也會對系統(tǒng)的摩擦壓降產(chǎn)生影響，使壓降降至最校

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3036198