水平变径管中段塞流的特性实验研究

摘要

段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替流动，是油气混输中经常遇到的流型，段塞流的不稳定流动给油气田的安全生产带来诸多问题，如：管道强烈震动、分离器溢流和管道腐蚀加速等。为保证管线和下游油气处理设备的最优设计和安全操作，对段塞流流动特性进行准确的分析十分重要。
　　本文以空气和水为介质，依托西安石油大学多相流实验室的设备及相关仪器，完成实验台搭建。在小径管内径为25mm、大径管内径为50mm；三种不同变径锥角θ分别为3.57°、4.76°和7.13°的水平变径管中进行两相流的实验研究，对完善水平变径管中的段塞流及实际应用具有十分重要的意义。主要研究内容和结论如下：对于水平变径管气液两相段塞流液塞速度，大径管和小径管呈现出相同的规律，液塞速度均呈现高斯分布，且气相折算速度的变化是影响液塞速度的主要因素，不同点是小径管对气相折算速度的变化更敏感，增幅更加明显；对于液塞长度，大径管和小径管呈现出相同的规律，液塞速度均呈现高斯分布，液塞长度的变化主要受到气相折算速度的影响，液相折算速度的变化对其影响较小；对于液塞频率，大径管和小径管均呈现高斯分布，且管径的变化对液塞频率有十分明显的影响；对于持液率，当液相折算速度保持不变时，段塞流持液率会随气相折算速度不断增加而随之减小；对于变径段的不同锥角θ，大径管与小径管中段塞流液塞长度、液塞频率和液塞速度的变化趋势相同。在分别恒定气相折算速度与液相折算速度时，段塞流液塞速度和液塞频率都会随着变径段的锥角θ的逐渐增加而减小，而段塞流液塞长度随着变径段的锥角θ的逐渐增加而增加。

目录

声明

主要符号表

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 段塞流研究现状

1.3 研究内容

1.4 技术路线

1.5 创新点

第二章 实验系统及实验步骤

2.1 实验系统及主要设备

2.2 测量装置与数据采集系统

2.3 实验过程

2.4 实验数据处理与分析

2.5 实验参数及实验介质物性

第三章 段塞流特征参数分析方法研究

3.1 液塞速度的确定

3.2 液塞长度的确定

3.3 液塞频率的确定

3.4 持液率的确定

3.5 长气泡长度的确定

3.6 段塞单元长度的确定

第四章 气液两相段塞流特征参数研究

4.1 液塞速度

4.2 液塞长度

4.3 液塞频率

4.4 持液率

4.5 长气泡长度

4.6 段塞单元长度

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文