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。     

钢管和有机玻璃管油水两相摩擦压降比较实验

本文对水平放置的内径为40 mm的钢管和有机玻璃管内的油水两相流动摩擦压降特性进行了比较实验研究.从实验方面含水率和混合流速等因素对钢管和有机玻璃管内油水两相油滴分散流摩擦阻力压降规律的影响进行了详细研究.实验结果表明:含水率和混合流速是影响压降的主要因素;在本实验范围内,除了分层流区域以外,有机玻璃管内的油水两相摩擦阻力压力梯度大于钢管内油水两相摩擦阻力压力梯度.     

基于超声非线性参数的油水两相流相含率检测

超声法相含率检测,主要基于声速与声衰减这两个声学参数计算流体的分相含率。然而,对于油水两相流,油与水的声速与声衰减差异较小,检测灵敏度较低。相比之下,油水两相介质的超声非线性参数区别较大,在检测灵敏度上有明显优势。本文提出了基于超声非线性参数的油水混合物相含率检测方法,以油水两相混合液体中超声非线性传播模型与混合液体超声非线性参数的混合定则为基础,归纳含水率对流体超声非线性参数的调制规律。结合插入比较法的非线性参数测量方法,明确含水率与二次谐波幅值的关系基础上,构建相含率测量模型,实现油水混合流体相含率准确测量。     

双环电导探针测量油水两相流相反转的实验研究

本文有别于常规观察法和压降法,采用自行设计的双环电导探针技术,根据油水混合物的电学特性来实验测定和判断油水两相流动中相反转的发生,实验中还同时测量了油水两相流的流动压降以及实验段内的平均截面含水率,以验证电导探针测量结果。实验结果表明:油水两相流相反转发生在水相表观速度较低而油相表观速度较高的情况下,可以通过双环探针的信号较精确地确定反相点发生的范围,该范围内油水两相流的流动佐证了压降陡增为相反转的发生。     

油水分散流超声互相关流速测量方法

针对水平管道中油水分散流流速测量问题,提出一种基于超声互相关的测量方法。通过在水平管道上间隔一定距离的上下游安装两对超声探头获取油水两相流流动过程中的随机波动信号,针对离散相和连续相之间的相对滑动,将互相关方法与漂移模型和运动波理论相结合,并考虑流速分布和含率分布对流速测量带来的影响,在连续相不同的情况下分别建立两相流总表观流速的测量模型,并采用油水两相流实际流动状态的实验数据计算模型参数。结果表明,测量模型对流型具有依赖性,漂移速度是离散相含率的函数。通过实验数据对模型进行验证,针对不同流型选取不同参数计算得到的总表观流速与实际流速能够较好吻合,相对误差在6.12%以内。     

水平管油水两相分层紊流流动的数值研究

采用VOF模型对水平管油水两相分层流动进行了数值模拟,分析了两相表观速度以及粘度、密度等物性参数对截面相含率和压降的影响,计算结果表明:截面相含率主要由两相表观速度比决定,受粘度和密度等物性参数的影响较小;而压降受两相表观速度和物性参数的影响都较大。     

垂直管内油水分散流的数值研究

建立封闭的双流体模型并对垂直管内油水分散流进行了数值模拟,采用κ-ε模型处理连续相的湍流结构。模型预测结果与实验数据的比较结果表明,该模型能较好地模拟垂直管湍流分散流的局部相含率分布和速度分布。     

水平管油水两相流摩擦阻力特性实验研究

本文对水平管内油水液液两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。根据油水两相流流型的不同,通过建立物理模型或对实验数据的整理得到了各种典型流型下的摩擦阻力压降计算式。揭示了摩擦阻力压降随混合物速度和体积含水率等的变化规律。     

管内气固两相流动的实验和模拟计算

本文基于气固两相流动模型计算循环流化床内的流动．颗粒动理学方法模拟颗粒相湍动．采用γ-射线密度计和非等速取样管测量局部颗粒浓度和流率,利用FFT方法计算颗粒浓度功率谱密度．模拟计算得到上升管内气相和固相速度和浓度分布等．数值模拟计算与实验结果相吻合．     

R245fa水平管内流动沸腾特性的实验研究

实验研究R245fa在水平管内的流动沸腾传热特性,分析了不同饱和压力下质量流速、热流密度和入口干度对R245fa在水平管内的两相流动沸腾特性的影响。此外,将实验数据与预测关联式进行了对比,Fang(2017)关联式的预测结果较高,对R245fa在10 mm不锈钢管内沸腾换热具有较好的预测,研究结果对工程应用具有一定的指导意义。     

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.     

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。     

水驱油藏中油水两相分布规律微观模拟及分析

水驱是提高原油采收率的重要方法,我国除四川以外,19个采油区块均采用注水方式开采。由于油藏多孔介质油水多相流动的复杂性,理论和试验研究都存在一定的局限。本文参考油气井工程研究所拍摄的实例照片建立物理模型,经过合理的简化建立数学模型,借助fluent模拟软件进行模拟。模拟结果表明,岩石的润湿性和油、水的界面张力是影响油、水两相流动的重要参数。     

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.     

Gas volume fraction and velocity profiles

Upward inclined gas-liquid flows are frequently encountered in the oil industry and data relating to the local gas volume fraction distribution and the local gas velocity distribution is important, for example, in pressure gradient prediction and in modeling oil well ‘blowouts’. In this paper measurements are presented of the local gas volume fraction distribution and the local axial gas velocity distribution which were taken in bubbly air-water flows in an 80 mm diameter pipe which was inclined at angles of 0°, 15° and 30° to the vertical. Qualitative arguments are presented to explain the influence of the liquid superficial velocity on the local gas volume fraction distribution in inclined flow and also to explain the very high axial gas velocities observed towards the upper side of the inclined pipe.     

Three-phase flow pattern recognition in horizontal pipelines using electrical capacitance tomography

An experimental study was performed to evaluate the suitability of using an electrical capacitance tomography (ECT) system to visualise three component mixtures of crude oil, water and gas. The performance of the ECT system was examined over a range of three-phase flow conditions and regimes. The flow visualisations from the tomography system were compared with the images filmed using a CCD camera aligned with a Perspex pipe section. Results indicated that ECT was most successful in flow pattern identification for low water fraction flows. However, slug and stratified regimes could be identified for high water fraction flows. A critical factor in the quality and reliability of the generated image was the image reconstruction scheme used.     

水平管油水分散流液滴粒径及其分布规律研究

油水两相分散流是油水混输管道常见的流型之一,液滴是油水分散流的主要特征,液滴在油水两相管路中受到湍流惯性力、剪切力、界面张力、黏性力等多种力的作用而发生聚结和破裂,从而形成不同的液滴粒径及其分布。本研究采用高速摄像和显微照相两种方法研究了水平管中油水分散流的液滴粒径随混合流量、温度和含油率等参数的变化规律,并利用三种概率分布函数研究了液滴粒径的分布特性。研究结果表明:分散相液滴的Sauter平均直径随混合流量的增加而逐渐减小、随温度升高而逐渐增大、随含油率的增大而增大;液滴粒径的分布规律与Log-Normal和Frechet概率分布函数符合较好。     

不等径水平三通的相分离特性研究

在空气-水两相流实验回路上对油田注汽管线上的一种不等径水平三通进行了相分离特性实验研究。结果表明,侧支管的出口干度X3并非始终高于主管进口干度,当分流比超过某一临界值时X3将低于主管入口干度。该临界值随入口气相折算流速的提高而增大,同时通过在三通上游布置挡板也显著提高了临界分流比,证明流体惯性是影响水平三通相分离特性的最主要因素。与等径三通相比,不等径三通的特性曲线随着侧支管相对内径的缩小逐渐向左下方移动。     

油水两相分散流的相界面浓度输运方程研究

通过对连续相湍流导致的油滴聚合和破裂现象的合理模化,本文建立了适用于垂直上升管油水两相分散流的相界面浓度输运方程.其中对连续相湍流驱动油滴随机碰撞引起的聚合现象模化时,考虑了两油滴间连续相液膜排出过程中的凹面膜效应.而在描述油滴与湍流涡随机碰撞导致的破裂现象时,考虑了破裂过程所产生油滴的大小不等的因素.利用所建立的相界面浓度输运方程对沿实验段轴向的相界面浓度变化进行了预测,结果与实验数据比较表明吻合很好.