《垂直下降管内油气水三相流的摩擦压降研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《垂直下降管内油气水三相流的摩擦压降研究（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、油 气 储 运 null null null null 年垂直下降管内油气水三相流丽应擦压降研究苏新军 “ 王 棋 王树众 王 栋null西安交通犬学能源与动力工程学院null林 宗虎苏新军 王 棋等null垂直下降管内油气水三相流的摩擦压降研究 , 油气储运 , null null , null null nullnull null null 一null 。摘 要 对垂直下降钢管内油气水三相流动的摩擦压降受折算液速、折算气速和油水混合物中含水率的影响进行了试验研究。 由于气速的改变, 三相流动出现了不同的流型, 使得流动的摩擦压降变化也表现出不同的变化趋势, 特别是在未充分发展的环状流区域,
2、 由于液膜被气芯撕裂并携带液相, 因此导致摩擦压降随着气速的增加反而降低 。 当含水率在 null null null一null null null以内时, 随着含水率的增加, 液相粘度的减小, 摩擦压降减小, 当大于 null null null 时, 随着含水率的增加, 混合物的密度增加, 摩擦压降增加。主题词 钢管 油气水 三相流动 垂直下降流 摩擦压降 试验 研究一、前 一nullnull nullnull曰nullnull nullnullnull null null】nullnull少nullnull null nullnull由于三相流动的复杂性 , 至今对油气水混合物流动的研究
3、还是很有限的。 已有的研究根据流动方向可以分为两个主要的类别 , 一类是由, null nullnull nullnull ,null null nullnull null null null等进行的水平或微倾斜流动的研究 null 另一类是由nullnullnull null null 、nullnullnullnull nullnull null 和 nullnull null null null null , 进行的垂直上升管内流动的研究。 但对垂直下降管内的流动 ,却研究很少。在不同的流动条件下进行了垂直下降管内的油气水三相流动的摩擦压降测量 , 并对折算气速 、折算液速和含水率对摩擦
4、压降的影响进行了分析。nullnull null 自null null万 null nullnull二、试验系统试验是在西安交通大学热能工程系的油气水三相流试验台上进行的 ,试验装置见图 null 。图 null 油气水三相流试验回路null 一过滤网null null 一油箱null null一油泵 null null一波纹板组件 null null一水箱null null一水泵 nullnull 一水路缓冲罐null null 一空气压缩机null null 一气路稳压罐null null 一钢管试验段 nullnull 一有机玻璃管试验段 null null 一旋风分离器 null nu
5、ll 一椭圆齿轮流量计nullnull null 一三相混合器 null null null一水路孔板 null nullnull 一气路孔板 null null null一阀门 nullnull 一温度测点null null 一压力测点null null 一整流器式, 牺牲阳极可以起到有效的导电作用 , 同导静电涂料的作用一致 。 当涂料层出现破损时, 牺牲阳极能对裸露的金属基体提供集中的电流保护, 消除局部腐蚀电池 , 弥补涂料层防护的不足 ,从而延长储罐防护层及储罐本身的使用寿命。null收稿日期 null null null null null 一null null一 nullnull
6、 null编辑 null 吕 彦 国家自然科学基金会资助null项目号 null null null null null null null null 。关null null nullnull null null null , 陕西省西安市咸宁西路 null null 号 null 电话 null nullnull null null null null null null null null null null 。第 null 卷第 null 期 苏新军等 null垂直下降管内油气水三相流的摩擦压降研究null飞日土null冈”、亡null水箱里的水 由离心式水泵 null 额定流量为nul
7、l null null null null 抽出, 经缓冲罐缓冲并稳压后进入水的管路, 经孔板流量计计量后进人混合器。 经过滤网过滤的油被齿轮式油泵null额定流量为 null null null null null 从油箱抽人油的管路, 流经椭圆齿轮流量计 ,最后进人混合器。 从压缩机 null额定流量为 null null null null null null 送来的压缩空气经过空气稳压罐稳压后进人管路, 经过孔板测量流量后也进人混合器。 从混合器流出的油气水混合物通过三个整流器后再进人垂直下降钢管内。 在试验段前有 null null 的垂直下降稳定段 , 以消除流动的人口效应 。 试
8、验段采用长为 null null null null 、 内径为 null null null钢管段 , 紧接试验段是内径为 null null null 的透明有机玻璃管段 , 以便于观察垂直下降管内的油水混合物的状态和油气水三相的流动形态 。 最后三相混合物进人旋风分离器将气相分离出来 , 剩下的油水混合物再进人油水分离器 , 油经过堰板流人油箱。试验中水和气的流量都由孔板进行测量 , 孔板的节流损失压降由 null null null null 差压变送器测量 , 试验段压降也采用 null null null null 差压变送器测量 , 各取压点均采用环室取压。 各环室和变送器导管之
9、间都装有气液分离罐, 经过 null null null null 差压变送器测量后的差压信号用null null nullnull null null null null 数据采集板进行采集并送人微机存储,采样频率为 null null null 。在试验段测得的油气水三相流总压降包括混合物的重位压降和流动摩擦压降。 采用理论方法可以计算出混合物的截面含气率, 由此可以求出垂直管内混合物的重位压降。 从总的压降中减去重位压降, 可以得到流动摩擦压降。试验管段内径为 null null null , 试验油样为粘度相对较高的 null 号机油 null null null 时密度为 null
10、null null null null null null , 粘度为 null null null null null null null null null , 油水混合物含水率 少null 为 null nullnull null 。null , 折算液速 null 二为 。null null null null null null null null null , 折算气速null 二为 nullnull null null null null null null 。度 null尸null null null 曲线 , 从摩擦压降梯度曲线可以看出 , 从null 含水率开始 , 随着含
11、水率的增加, 油水两相流的摩擦压降梯度迅速降低 , 到 null 含水率时达到了最小值。 这种油水两相摩擦压降速减的现象可以解释为 ,在 null null null 的含水率范围内, 相对于水相而言 ,油相占很大比例, 油容易形成流动中的连续相 ,而且油的粘度远大于水的粘度 , 所以浸润管壁面的液相是油 。 与水平管不同, 垂直管中水较为均匀地分散在管截面上。 由于低粘度的水的存在null相当于油相中加人了润滑剂null ,使得油水混合物的表观粘度减小 , 同时 , 随着含水率的增加 , 管壁上油膜的厚度减薄, 直到最终消失而管壁面被水浸润。 由于油膜的减薄 , 因而使得管壁对液相的阻力减小
12、 。 这种两方面的共同作用 , 导致摩擦压降梯度随含水率的增加而迅速降低。null null 刁卜一 null null null 一null null耐nullnull null 止null一 null nullnull 一 null null耐nullnull , null null nullnull null nullnull nullnull nullnull null null null null null null null null null null null null null null null三null垂直下降管内油水两相流摩擦压降在油气水三相流试验之前 , 为了弄清无气
13、相扰动条件下油水两相混合物的流动特性 , 为三相流试验和分析打基础 , 首先进行了垂直下降管内油水两相流摩擦压降的试验研究。图 null 是垂直下降管内油水两相流的摩擦压降梯图 null 含水率对油水两相流摩擦压降的影响当含水率大于 null 以后 , 可以观察到水变成了连续相 ,油相以油珠形式分布在水中, 此时与管壁面润湿的基本是水。 由图 null 可以看出, 在折算液速一定时, 含水率大于 null null时的油水两相流的摩擦压降梯度总体上比含水率小于 null null时要低。 在含水率大于 null null时, 在一定的折算液速下随着含水率的增加 , 摩擦压降梯度反而是增加的 ,
14、产生这种现象的原因如下。null null 当含水率大于 null 时 , 油水两相总的折算液速不变, 随着含水率的增加 , 油在水中形成的油珠的平均直径逐渐地减小。 这样 , 虽然含水率增加使油的总容积减小 , 但如果油珠直径的减小趋势快于油的总容积的减小趋势 , 则油珠的总表面积反而会增加, 油珠对连续水相的滞止作用也就加强了。null null 由于油的密度比水的密度低 , 随着含水率的油 气 储 运 nullnull nullnull 年增加 , 油水混合物的密度增加 , 因此 , 即使折算液速保持不变 , 因油水混合物的密度增加 , 根据摩擦阻力压降的计算公式 ,摩擦阻力也会增加。图
15、 null 表明, 在相同的含水率下 , 随着折算液速的提高 ,油水两相流摩擦压降梯度增加 。四、气速对三相流摩擦压降的影响null日、null立书null公在不同的折算液速和含水率下 , 折算气速对垂直下降管内油气水三相流的摩擦压降梯度具有不同的影响。 随着折算气速的增加 , 三相流的摩擦压降表现出不同的变化趋势, 可以划分为以下四个区域 ,见图 null 。null null 在刚加人一小部分气体时, 因为气相在液体中是以分散的小气泡形式存在的, 流动处于泡状流阶段null 区域 null null , 所以流动的摩擦压降梯度较小。 泡状流的摩擦压降梯度随着气量的增加而增加 , 因为随着气
16、量的增加,气泡增多, 截面含气率会相应地增加 ,从而使得液相的流通截面面积减小。 在不变的液速下, 截面上的液速会增加 , 而液相作为连续相导致三相流总的摩擦压降梯度升高。 由于分散于液相中的小气泡对液相的扰动较小 , 没有造成额外的能量损失 , 所以摩擦压降的增加趋势缓慢 。null null 随着气量的增加 , 三相流进人了弹状流null 区域null null , 大部分的气相形成了 null null nullnull 气泡。 null null nullnull气泡与管壁之间是向下流动的液膜 , 相邻的 null null nullnull气泡间是含有分散的小气泡的液弹段 。 由于 null null nullnullnull null 气泡与液弹的速度差异, 造成了 null null null null null 气泡与液弹段的动量交换。 试验中可以明显地看到 , 在气泡的头部区域 , 气液存在着较为强烈的混合, 有紊乱运动的小气泡团聚集于此。 弹状流的摩擦压降主要是由于液弹段而产生的 , 由容积守
