气液两相段塞流流动机理的实验研究

论文摘要

段塞流是油气水混输管线中一种最常见的流型,其特征是有长气泡分隔的液塞间歇流动,由于气液两相的相间性,引起管线中的持液率与压力的剧烈波动,这就使得输送这种流型气液混合物的管线承受其脉冲应力冲击。同时,离开管线末端的长液塞会引起下游油气处理设备液位的剧烈波动,影响正常生产。尤其是在海洋油气田集油输送时,在其上升管组成系统中会出现严重段塞流的特殊有害流型,给设计和生产带来了许多问题。因此,段塞流流动特性以及其在不同倾斜角度管道中变化规律的研究对找到可以有效控制段塞流的方法有着十分重要的参考作用和应用价值。本文主要通过在特种实验室内进行实验,利用多相流实验装置对气液两相流在各种不同倾斜角度、管径中进行实验研究,得出其发生段塞流的条件及产生段塞流时的压降、持液率等流动参数,对其进行分析,详尽的揭示其规律,并通过实验数据建立起预测不同倾斜角度和管径下压降的计算公式,为今后在段塞流的计算和控制上提供了重要的理论依据。主要做了如下一些工作。(1)对段塞流动的相关国内外论文进行收集。综述了国内外对段塞流形成机理、流动参数研究、以及段塞流测量方面的研究进展。并简要介绍了段塞流工艺计算中的持液率计算及压降计算,并对重要的公式进行了推导。(2)查阅了实验仪器的设计资料,了解了实验仪器的工作原理、数据采集和数据计算的原理,并对多相流设备中需要改进的环节和仪表进行了调整和校正。并到西安交通大学国家多相流重点实验室进行了实地调研,学习了一些多相流流动参数的测量方法。做好了实验前仪器使用的准备工作。(3)在大庆石油学院特殊实验室中,以空气和水两相作为流动介质,在不同管径和倾斜角度下进行实验,并对实验数据进行了采集与整理。主要针对段塞流中压力梯度和持液率的变化规律进行分析,详细的揭示了其内在规律,确定了影响段塞流动压降的主要因素。(4)根据实验所得结果对实验管段段塞流动的压降公式进行推导和拟合,给出了实验管段段塞流压降的计算公式和推导方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 绪论
• 1. 论文研究的背景及意义
• 2. 段塞流的水力学模型描述
• 3. 国内外段塞流研究的发展现状
• （1） 主要研究思路
• （2） 段塞流流动参数的发展现状
• （3） 严重段塞流处理方法的发展现状
• （4） 段塞流实验测量方法的发展现状
• 4. 本文的主要工作
• 第一章 段塞流水力计算方法
• 1.1 压差和持液率的计算方法
• 1.1.1 铅直段塞流动
• 1.1.2 水平段塞流动
• 1.1.3 倾斜段塞流动
• 1.2 段塞流动中段塞平移速度及液塞长度的计算方法
• 1.3 本章小结
• 第二章 圆管中气液两相段塞流动的实验研究
• 2.1 实验装置及方案
• 2.1.1 实验装置
• 2.1.2 实验方案
• 2.2 不同倾角下各个流动参数之间关系与变化规律
• 2.2.1 压降与气液相折算速度之间的关系
• 2.2.2 压力与气液相折算速度之间的关系
• 2.2.3 空隙率与气液相折算速度的关系
• 2.2.4 液塞速度与气液相折算速度的关系曲线
• 2.2.5 压降的影响因素及影响规律
• 2.2.6 对液塞长度变化的观察分析
• 2.3 段塞流动形态分布
• 2.4 段塞流实验规律小结
• 第三章 段塞流动实验压降公式的推导
• 3.1 π定理推导
• 3.2 实验曲线拟合
• 3.3 压降公式的评价
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要