《垂直下降管内油气水三相流摩擦压力降的实验研究》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摩擦压力降的实验研究（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中国工程热物理学会 第十届年会 多碑湘流 编号: 0 1 6 0 5 7 垂直下降管内油气水三相流 摩擦压力降的实验研究* 王棋、 王树众、王栋、 林宗 虎 西安交通大学，7 1 0 0 4 9 ,西安市 T e l : 0 2 9 - 2 6 6 8 7 0 3 E - m a il 二 S Z W a n g r r x j t u .e d u . c n 摘要 本文对垂直下降钥管中的油气水三相摩擦压力降 进行了实验研究， 得出 了三相摩擦压力降与折算液速、 折算气速和含液率之间的关系曲 线。 并对各影 响因素进行了讨论。 1 、引言 由两种不相溶的液体和气体构成的三相混合物在管内的流动
2、在化学工业和石油工 业中是经常遇到的。 特别在石油工业中，由 于采用油气水混输管路可以 节省大t管道投 资费用。 因而开展油气水混合物的流动特性研究已 成为石油工业中多相流体力学研究的 一个热点。 有关管内油气水三相摩擦压力降的研究工作在水平管、 微倾斜管和垂直上升管已有 为数不多的 研究 论文发表l2 3 ， 但对垂直下降 管中的 油 气水三相流 摩擦压力降的 研 究工作，则至今尚未见报道。 本文对油气水混合物在一钢管中垂直向下流动时的摩擦压力降进行了实验研究并 对实验结果和影响因素进行了分析讨论。 2 、实验装重和实验方法 垂直下降管内的油气水三相摩擦压力降试验是在西安交通大学的油气水三相
3、流试 验台 上 进 行 的 。 试 验时 采 用高 勤 度 油， 其 钻 度 在2 0 时 为1 1 3 .6 m p a s . 密 度为s 5 0 k g /m . 试验回路如图1 所示。 由图可见，水箱中的水由 水泵打出， 流经水稳压皓后进入管路，再经孔板流t计计 量后进入混合器。 经过涟网过滩后的油被油泵从油箱打入管路， 再经椭目齿轮流t计计 f后进入混合器。 空气由 空气压缩机压出. 流经空气稳压旅和孔板流f计后进入混合器。 油气水三相流在混合器中混合后流经管路稳定段后进入垂直向下的 钥管实验段。 此实验 段长3 米，管子内直径4 0 m m . 钢管实验段出口 与一长0 . 5 米
4、，内 直径为4 0 m m的有机 ， 本文得到国家自 然科学荃金资助 ( 编号:5 9 9 9 5 4 6 0 3 努 玻璃管串接， 后者的作用为观察三相流的流型。 此后， 油气水混合物经旋风分离器分离 掉空气并使之排入大气， 然后油水混合物流入水箱并在布置于水箱中的波形板油水分离 器中使油水分离。 水存于水箱中 而油经过水箱中的堰板流入油箱。 测量水流量和空气流量的 孔板压降用 1 1 5 1 型差压变送器测定，实验段的工质流动 压力降也采用 1 1 5 1 型差压变送器测定。 差压变送器输出的 模拟信号用数据采集板进行 采集，采样频率为8 0 赫兹。 油水分离器中置有波纹板组件， 波纹板可
5、加速油水分离， 提高分离效率， 分离出的 油越过堰板，进入油箱。 实验回路上设有相应的温度和压力侧点以 便确定工质的真实物性参数。 本文实验范 围 如- F ,压力p = 0 . 1 - 0 .4 M P a ; 温 度t- 1 5 -3 8 *C : 折算 液速U 9 i= 0 .6 - 2 .4 m /s ，油 水混 合 物中的含水率I v . = 0 . 工 8 一1 . 。 。 3 、实验结果及讨论 实验中由 差压变送器测得的实验段三相压力降主要包含两部分， 。为混合物在流动 时产生的三相摩擦压力降， 另一部分为混合物的重位压力降。 为了确定三相摩擦压力降 必须从测得的压降 值中减去三
6、相混合物的重位压力降。 在计算重位压力降时需 用到 截面 含气 率 值。 在本 实 验中 三 相 流的 重 位压 力降 是 通过 应 用基赫 宁 柯 4 l 的 截面 含 气 率 计 算式 算得相应的截面含气率值后再确定重位压力降的。 通过实验和计算可得出垂直下降 钢管中 单位管长的油气水三相摩擦压力降如图2 所 不 。 图中， 根据实验观察，区域 I 为泡状流流型;区域I I 为弹状流型:区域I II 为环状流 型; 区 域W为 充分 发 展的 环 状流流 型。 图 中U , 为 折 算液 速， U s 为 折 算 气 速 ， W . 为 液 体 中 的 含 水 率 。 在 一 定W . 值
7、 及U . a 值 下 ， 随 着U s 值 的 增 大， 三 相 流的 流 型 分 别 由 泡 状 流 变为弹状流， 再由 弹状流发展为环状流和充分发展的环状流流型。在弹状流区域， 三相 摩 擦 压 力 降 随Us的 增 大 而 迅 速 增 加 直 到 转 变 为 环 状 流 后 ， 三 相 摩 擦 压 力 降 即 因 环 状 流 阻 力 相 对 较 小 的 原 因 迅 速 降 低. 此 后 ， 再 因U s 增 大 混 合 物 流 速 增 大 而 使 三 相 摩 擦 压 力 降 再 次 随U , s 增 加 而 增 大 。 在 此图 中 还 可 看 到， 在 相 同 的W ， 及U 。 时
8、， 三 相 摩 擦 压 力 降 将随U 。 值的 增大 而增大， 其主要原因 是由 于U 。 的 增大使混合 物流速增 大所致. 图3 所 示 为U , 1= 1 .4 m / s 时 的 三 相 摩 擦 压 力 降 与U ， 及W ， 的 关 系 曲 线 。 由 图 可 见 ， 在 含水率甲 ， 大于 0 . 5 后， 如折算液速和折算气速不变。 则总体上随着含水率的增加， 三 相流摩擦压力降增大。这是因为W ， 高于0 . 5后，油水混合物呈现水包油的流动状态。 此时油水混合物的表观猫度和密度均会随含水率的增加而增加， 因而使三相摩擦压力降 增大。 但在w . 。 . 5 时 ， 液体 呈
9、水包油流型，反之为油包水流型。 ( 3 ) 三 相 摩 擦 压 力 降 在 其 它 条 件 相 同 条 件 下， 将 经 历 随U -9 的 增 大 和 流 型 变 化 而 先 增大后减小，随后又增大的过程。 认1 值增大则三相摩擦压力降增大。 ( 4 )当w . 0 . 5 时 三相 摩擦压 力降 将随T ， 增加 而增 大; W . - O . 5 时 三相 摩擦压力降 将随v ， 的增大而减小。、 参考文献 1 , A c i k g o z , M. e t a l , A n e x p e r im e n t a l s t u d y o f t h r e e - p h a
10、 s e fl o w r e g im e s , I n t . l . M u l t i p h a s e fl o w , V o l . 1 8 , p p . 3 2 7 一3 6 . 2 , C h e n X . l . e t 成P h a s e h o ld u p s a n d f r ic t i o n a l p r e s s u r e g r a d ie n t o f o i l- g a s - w a t e r t h r e e- p h a s e b u b b l y fl o w i n v e rt ic a l u p w a
11、r d s t u b e s . T h e P r o c . O f th e 6 th M i a m i I n t S y m p o s i u m o n H e a t 5 、 水箱: 6 、 水泵: 7 、 水 路稳压罐; 8 、 空气压缩机; 9 、 气路稳压锹;1 0 , 钢管实验段:1 l 、 有机玻璃 管; 1 2 , 旋风分离器。 1 3 , 椭圆齿轮流盈计;1 4 、 三相混合器; 1 5 、 水路孔板: 1 6 、气路孔板:1 7 ,阀门:1 8 , 温度测点:1 9 、压力测点 3 3 7 伽八 知朽40肪 “; 、 30幼 三浇d出浅只田迷赞 幼仆 1 力 0 刀 O5，0t . 5 2 . 0 折算 气速U ,g ( m l s ) 图2折算气谏对三相摩擦压力降的影响 T - r一甲-， 一一r-，-一尸一，-， 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 . 0 50，5初拈30乃幼拈10 三诱山吕没只国鹭斟( 0 . 0 0 .2 0 4 0 . 6 0 . 8 折算 气速U , , ( m l s ) 图3 折算液速U , i= 1 .4 m 1 s 时三相摩擦压力降和含水率W 。 之间的关系曲线 3 3 8
