水平管内油水分散流反相研究

摘要

反相是油水分散流不同于其它流型的一种特殊现象。在反相点附近时,分散体的流体力学特性和压降会发生急剧改变,这会对管道的运行产生不利影响。因此本文采用了两种不同的实验方案对反相现象进行研究:1)将一定比例的油水混合物同时注入环道的直接性实验;2)将分散相逐渐注入环道内使其所占比例不断增加的连续性实验,包括水到油实验和油到水实验。通过使用不同油品,改变油水混合物的流速和温度,得到这些因素对直接性实验和连续性实验中反相点的影响规律。
　　 研究结果表明:在直接性实验中,随着流量的逐渐增加,反相点有逐渐减小的趋势,并最终趋于平缓;反相点随着油相粘度的增加而增大;高粘油形成的油水混合物的反相点随着温度的升高有增大的趋势。在连续性实验中,粘度较低的油品与水的混合流动时,两相共存区的范围随着混合流量的增加而变宽,油品粘度升高之后就不具有很好的规律性;两相共存区的宽度随着粘度的增加而减小;温度对两相共存区的影响并不具有明显的规律性。
　　 使用显微高速摄像测量系统与等动量取样装置相结合,对反相过程进行观察发现:水到油实验中反相前部分油滴变为不规则的油滴,反相后水滴全部为球形,且有二次分散体的出现;油到水实验中反相前后并没有发现二次分散体。反相并不是在整个管道内同时发生的,而是随着流体在管道内流动逐步发生的,同时管道润湿性也会对管路的压降产生影响。
　　 通过实验数据与现有粘度模型进行比较,发现Brinkman&Roscoe模型和Furuse模型的预测值与实验数据最为接近。根据Zhang等利用液相湍流动能和分散相气泡界面自由能之间的平衡关系推导出液塞持液率的理论模型,忽略连续相和分散相之间动量传递而产生的湍流动能,选取Furuse粘度模型从而得到改进后的反相点预测模型,通过现有实验数据对模型进行验证,发现当油品的粘度小于50mPa·s时改进模型的精度相对较高,其中大多数条件下改进模型的预测值精度最高。

目录

文摘

英文文摘

第1章 前言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 反相特性研究

1.2.2 反相模型研究

1.3 本文的主要研究内容

第2章 实验系统及实验介质

2.1 实验系统及流程

2.1.1 实验流程

2.1.2 等动量取样

2.2 实验装置

2.2.1 质量流量计

2.2.2 压力变送器

2.2.3 热电偶

2.2.4 螺杆泵

2.2.5 循环水浴

2.3 数据采集系统

2.4 实验介质的物性

2.4.1 密度

2.4.2 粘度

2.4.3 表面及界面张力

2.5 本章内容总结

第3章 反相特性研究

3.1 反相的影响因素

3.1.1 混合流速(搅拌)对反相的影响

3.1.2 粘度对反相的影响

3.1.3 密度对反相的影响

3.1.4 界面张力、杂质和表面活性剂对反相的影响

3.1.5 温度对反相的影响

3.1.6 材料润湿性对反相的影响

3.1.7 几何因素对反相的影响

3.2 直接性实验

3.2.1 实验方法

3.2.2 实验结果分析

3.3 连续性实验

3.3.1 实验方法

3.3.2 实验结果分析

3.4 连续性实验中反相过程研究

3.4.1 压降和流量信号的变化情况

3.4.2 液滴的变化情况

3.4.3 反相过程

3.5 本章内容总结

第4章 油水反相模型研究

4.1 反相机理

4.2 液滴粒径模型

4.3 表观粘度

4.3.1 表观粘度的计算

4.3.2 粘度模型的比较

4.4 改进的反相模型

4.5 模型的验证

4.6 本章内容总结

第5章 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

致谢