螺杆槽道内气液两相流流型及压降特性研究

本文应用高速摄像技术对螺杆槽道内气液两相流的结构特征进行可视化研究。分析了螺杆槽道内三个视角下的气液两相流型图的变化趋势,并将螺杆槽道的气液两相流型图与Taitel流型图的流型转换边界进行对比分析。在均相流一维的压降计算模型的基础上,本文通过实验数据拟合得到螺杆槽道全液相摩阻倍增系数,分析质量含气率及液体流速对螺杆槽道压降的影响。     

湿法脱硫岛内气液两相流流动规律的研究

采用直接观察法、床层膨胀法和概率密度函数(PDF)法对湿法烟气脱硫塔内流型的形成和转变规律进行了研究和分析,认为湿法烟气脱硫塔内气液两相顺、逆流时,随着液气比的增大,会形成液柱式、喘动式和类鼓泡式流动等三种流型,并给出了判别三种流型的基本方法和准则,提出了气相雷诺数Reg-液气比L／g流型图,为湿法烟气脱硫塔传热传质规律的进一步研究及塔身的安全运行提供了基础依据。     

水平管气液螺旋流流型辨识及压降波动研究

本文通过实验研究了水平管中叶片式起旋器引发的气液螺旋流流型及压降规律。采用背光成像法拍摄了流型并记录了压降波动情况。在该实验范围内观察到4种气液螺旋流流型:螺旋泡状流、螺旋气柱流、螺旋间歇流和螺旋环状流,并结合压降的概率密度函数(PDF)曲线图分析了各流型特点。同时研究了来流雷诺数及相分布对起旋器下游螺旋流流型的影响,发现气液相雷诺数的大小是流型转变的关键,另外,来流气液相分布也会影响起旋器下游流型。最后基于流型及压降波动的PDF分布,绘制了起旋器出口附近的螺旋流流型图,并与已有流型图进行比较。     

环状集输水平管内油-气-水三相流流型试验研究

目前我国东部陆上油田大部分已进入特高含水采油期,绝大多数油井综合含水率已超过85%,部分油井已达到95%。油-气-水三相流型是特高含水混输技术界限确定、水力热力计算方法研究及集输系统科学运行管理的基础。为了研究大庆低渗透油田环状集输水平管道内油-气-水三相流型,研制一套流型试验装置,进行了一系列试验研究,获得了1360组油气水三相流型图及相应的流动参数。对采集到的流型及试验数据进行分析,首次总结出水平环状集输管道中油-气-水三相流的五种流型,分别为分层流、三层扰动流、波浪冲击流、气弹掺混流和完全掺混流。同时给出了每种流型对应的参数范围,并对每种流动形态及典型特征进行了解释。     

三级离心式混输泵气液两相增压特性实验研究

本文对三级离心式混输泵在单相水和空气-水两相条件下的增压特性进行实验研究。单相水条件下,增压特性与设计值相符。气体的掺混导致混输泵增压能力表现不同阶段的变化。三种转速下(3500,4000,4500 r·min~(-1)),保持气相流量恒定,随液相流量降低,两相增压逐渐偏离单相。液相流量恒定,随入口含气率升高,两相增压依次划分为三个区域:离散气泡区域,泡状流区域和长气弹区域。液相流量范围10～26 m~3·h~(-1),两相增压主要与转速和入口含气率有关而与液相流量无关。定义了气液两相等效流量和等效扬程,在单相和两相条件下,混输泵均满足相似定律,为相关设计提供参考。     

矩形微通道中气–非牛顿流体两相流实验研究

本文通过实验研究了空气与非牛顿流体在小尺寸矩形微通道中的两相流动特性,给出了在不同气液两相流速下的流型图。同时比较了气液两相流速,液相黏度,表面张力,微通道尺寸对各流型分布区域以及Taylor气泡/液柱长度的影响。发现气液两相流流速变化对流型区域的影响极为明显,而黏性力和表面张力只是在局部范围改变了流型分布。Taylor气泡长度随气液两相流速比增大而增大,随液相黏度及表面张力增大而减小。液柱长度随液相黏度增大而增大,随两相流速比及表面张力增大而减小。最后,我们给出了基于无量纲数JG/JL,Re和Ca的Taylor气泡/液柱长度预测公式,公式预测结果与实验结果基本一致。     

新型涡旋多相泵原理及其工作过程研究

提出了一种新型涡旋式气液多相混输泵,通过构建变啮合间隙涡旋齿型线,使得所形成的压缩腔存在一条通向排出口的内泄漏卸压通道。构建了一种液相压缩卸荷的新方法,解决了容积式多相泵在混输较高含液率介质时易出现的压缩腔液击问题。介绍了新型涡旋多相泵的工作原理,得到了变啮合间隙涡旋齿型线的生成方法和型线方程,分析了工作腔容积和啮合间隙的变化规律。建立了涡旋多相泵工作过程中气液介质在伴有内泄漏时的增压过程热力模型,求解得到了工作过程中压力的变化规律。     

叶片式混输泵内气液两相流的数值计算

气液两相流的数值模拟是多相混输技术研究中的一个难点.本文假定混输泵叶轮内为泡状流动,基于雷诺时均N-S方程和气液两相双流体模型,采用SIMPLEC算法,对叶片式混输泵叶轮内部两相三维紊流流场进行了数值计算,分析了水气混合工况下的流场分布特点.对含气率GVF=15%工况下的扬程特性进行了预测并与试验结果进行对比.数值计算结果表明,混输泵叶轮流道采用较小的径向尺寸差能较好地避免离心力所引起的气液分离,防止气堵现象的发生;叶轮进口部分存在的低压旋涡区容易使气体积聚,因此有必要进一步改进叶轮进口区的水力设计.     

大管径油气两相流流型变化机理的研究

本文对大直径水平和不同倾角的倾斜管道内油气混输流动的流型及流行转换进行了研究,探讨大直径油气混输管道不同倾斜度油气两相流动过程中段塞流的形成机理。在大型多相流流动模拟实验装置上,模拟油气在大直径管道内的混输流动。通过改变倾斜角度,研究倾角分别为1°、5°以及10°下的油气两相流流型及流型转换的特性,实验结果表明,倾斜角度对段塞流流型的产生及其变化影响显著。     

介质黏性对叶片式气液混输泵两相流动特性的影响

为了解介质黏性对气液混输泵外特性、流场及相间作用特性的影响,选取air-water和air-crude两组介质,基于ANSYS CFX对一叶片式气液混输泵进行了数值模拟,且对相间作用模型中最为主要的阻力模型进行了修正,大大提高了较高进口含气率下的模型预测能力。由于原油的黏性较大,流动损失增加,使泵的效率和增压均相对较低。当介质为air-water和air-crude时,四种相间作用力中均是阻力占主导,湍流弥散力与阻力相比其大小可以忽略,但介质为air-crude时的气液相间作用力相对较小.     

垂直管内油水两相流局部相分布特性实验研究

应用双头电导探针测量系统,对垂直上升管内油水两相分散流局部相分布特性进行了系统测量。得到了油水两相分散流的局部含油率分布类型图。研究结果表明低折算水速和低折算油速条件下,局部含油率在实验段截面上呈抛物线型局部分布特征,局部最大值出现在实验段中心区域。随折算油速增大,油滴受到横向力如升力的作用,逐渐向实验段壁面区域迁移,形成局部含油率的壁面峰值分布特性。当折算水速大于0．8 m／s时,局部含油率在实验段截面上呈均匀分布。     

螺旋管内气液固三相流颗粒相分布规律

为了深入认识螺旋管多相流相分离现象,并为新型螺旋管除砂器设计提供指导,本文应用马尔文粒度仪,测量了螺旋管气水砂三相流底部水平段液膜中的颗粒浓度和粒度分布。研究表明:在泡状流和分层流条件下,螺旋管底部水平段可形成稳定的连续液膜流动;在宽广的气速范围内,液膜中的颗粒浓度分布规律均为内弯侧较低、外弯侧较高,说明螺旋管除砂器对于实际生产中流动工况的变化具有良好的适应性;泡状流中提高气速有利于分离;分层流中在中等气速条件下外弯侧颗粒浓度最大,中等气速是相分离的最佳操作工况。     

新型三通分配器中环状流相分离预测

实验三通型分配器主管侧壁均匀分布8个直径为3.5 mm小孔,主管中的气液混合物不是直接进入侧支管,而是通过安装在主管外壁上的环室进入侧支管.在水平管空气一水实验台上进行了实验,发现与传统三通型分配器分配特性不同,液相会优先进入侧支管,从而侧支管干度小于主管.建立了相分离预测模型,认为对于环状流,液相主要来自于穿过小孔上方的液膜,而气相根据小孔两侧阻力进行分配.模型预测值与实验结果吻合得很好,最大误差为7.24%.     

两相流流型动力学特征多尺度递归定量分析

基于垂直上升管中测取的气液两相流电导波动信号,采用递归定量分析方法,从多尺度角度研究了气液两相流泡状流、段塞流及混状流三种典型流型的动力学运动特征.研究结果表明,低频泡状流及混状流在递归图表现为沿对角线方向比较发育的混沌递归线条纹理特征,表明了低频运动的泡状流及混状流具有较好的确定性运动行为,而随着泡状流及混状流运动频率增加,混沌递归特征变差,其运动特征逐渐向随机方向发展.对于段塞流,在混沌递归图上逐渐呈现间歇的矩形块纹理结构,且段塞流中液塞与气塞的间歇运动特征出现在高频段,而段塞流中的泡状流运动则出现在低频段上,且随着泡状流运动频率增加,泡状流逐渐失去确定性运动行为.表明了基于电导波动信号的多尺度非线性分析方法是理解与表征气液两相流动力学特性的有效途径. 关键词： 两相流 流动特性 多尺度分析 递归分析     

管壁取样器分流比例调节及两相流量测量

分流比例的大小和波动范围直接影响到管壁取样分配器的体积大小和流量测量精度,为此开展了对气液相分流系数影响因素的理论分析,并在空气-水两相流实验环道上进行了实验研究.实验分配器主管直径为40 mm,管路中出现的流型包括分层流、波状流、环状流以及弹状流.通过改变取样孔数目以及分流回路安装阻力调节孔板研究调节前后分流系数的变化规律.研究发现,旋流型管壁取样分配器液相分流系数主要取决于取样孔总面积的大小,而气相分流系数大小主要由分流回路和主回路的阻力特性决定.     

水平管段塞流持液率波动规律研究

以空气和水为工质,采用双平行电导探针,在水平多相流环道(d=50.00mm)中研究了段塞流持液率与压力波动的关系以及折算气速、折算液速变化对持液率的影响,并将持液率的试验值与预测模型进行了比较.结果表明:持液率波动能更真实地反映段塞流动特性,可以用来确定液塞频率;增加折算气速时,液塞持液率减小;增加折算液速时,持液率增大.     

弯管内气液固三相流中液膜区流场的PIV测量

为了深入认识螺旋管内多相流相分离现象,应用粒子图象测速仪(PIV),对组合弯管内气水砂三相流底部水平段和上升段中液膜区的流场进行了测量。研究表明:底部水平段流动主流速度分布比较均匀,颗粒跟随流体运动;二次流十分微弱,颗粒在离心力作用下由内弯侧向外弯侧运动;速度脉动强烈,不利于相分离。上升段中流动受到重力的阻碍,同底部平段相比主流速度降低,离心力作用减弱,颗粒径向时均速度较低;流动的间歇性更强,两相速度脉动更剧烈。     

气体/表面活性剂水溶液两相流流型的断层测量

应用电导断层测量技术研究表面活性剂添加对水平管内气液两相流流型的影响,实验工质为空气/水、空气/100mg/kg十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液。结果表明,表面活性剂的添加明显影响波状分层流向环状流型的转换;同时光滑分层流型也拓展到较高的气体流速范围;研究中没有观察到表面性剂对塞状流与弹状流转换的影响。     

气力提升系统气液两相流数值模拟分析

污水处理、油田采油、液态金属冷却反应堆和磁流体动力转换器等领域采用气力提升系统有其显著优势.由于不同液体介质与气体介质密度对气力提升系统性能影响较大,因此本文基于Fluent仿真软件,采用欧拉模型、k-ω剪切应力输运湍流模型数值模拟了氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银及空气-水、氩气-水、氮气-水下气力提升系统内气液两相流动行为,分析了系统稳定时提升立管内气相体积分数、提升液体流量、提升效率、提升管出口处液体径向速度的变化规律.研究结果表明:1)氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银系统中,提升管内液体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率越高;2)空气-水、氩气-水、氮气-水系统中,提升管内气体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率峰值越小;3)提升管出口处提升液体径向速度随气体充入量的不断增加而整体波动升高,最终管轴中心附近液体速度较大,管壁附近液体速度较小.本文研究成果为污水处理、气举采油、液态重金属冷却核反应堆和磁流体动力转换器等应用领域的气力提升技术的优化提供科学的理论基础.     

水平管内油气水三相流分流型阻力特性实验研究

对水平管内油气水三相流的摩擦阻力压降特性进行了实验研究,水平管实验段由有机玻璃管制成,内径为40mm,所用的实验工质为:46#机械油,自来水和空气。油、气、水三相的折算速度范围分别为:0.05-0.51m／s、0.05-1.51m／s、0.02-50.6 m／s。按照气液界面总体特征将水平管内油气水三相流的流型分为泡状流、间歇流(段塞流和弹状流)、分层流及环状流。对各种典型流型下的摩擦阻力压降应用改进的Chisholm关系式及油水两相压降关系式进行分析,对Chisholm关系式中的参数C进行了重新定义。发现改进的Chisholm关系式能够较好地对管内油气水三相摩阻压降进行预测,因此改进Chisholm关系式可以作为摩擦压降计算的通用关系式。