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1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文傾斜管內(nèi)油氣兩相流段塞流特性及其識別方法研究姓名：賈志海申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：工程熱物理指導(dǎo)教師：王經(jīng)20041127
上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文傾斜管內(nèi)油氣兩相流段塞流特性及其識別方法研究傾斜管內(nèi)油氣兩相流段塞流特性及其識別方法研究摘要油氣混輸技術(shù)在石油工業(yè)中正發(fā)揮著日益重要的作用油氣混輸技術(shù)以其高效率低成本環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)受到石油工業(yè)的廣泛重視世界各國都在對油氣輸送關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究攻關(guān)油氣混輸技術(shù)已成為是目前還沒有為了提十分重要的熱點(diǎn)課題油氣混輸技術(shù)的關(guān)鍵性制約難題根本掌握油氣流動(dòng)的特性以及如何控制
2、混輸過程段塞流的發(fā)生高油氣混輸?shù)男什p少事故發(fā)生有重要的實(shí)用價(jià)值油氣混輸流動(dòng)是典型的兩相流動(dòng)油氣混輸流動(dòng)的特殊性在于受地形起伏影響同時(shí)油氣混輸管道管徑較大加強(qiáng)對油氣混輸流動(dòng)特性的研究具同空氣-水兩相流動(dòng)相比混輸管道大多是傾斜的一般在75mm以上這兩個(gè)更造成進(jìn)行該領(lǐng)域?qū)е履壳皩@因素不僅使得對油氣混輸流動(dòng)特性研究的難度加大研究的實(shí)驗(yàn)裝置龐大建設(shè)投資大有鑒于此運(yùn)行費(fèi)用高等困難方面的研究還很不充分研究大尺度傾斜管道內(nèi)油氣流動(dòng)特本文利用大型可傾斜油氣水多性對油氣混輸技術(shù)具有極為重要的意義相流實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置內(nèi)徑125mm通過實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論分
3、析方法探求傾斜管道內(nèi)油氣兩相流流動(dòng)特性為進(jìn)一步的深入研究奠定基礎(chǔ)本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下一對內(nèi)徑為125mm的傾斜管道內(nèi)油氣兩相流流型及流型轉(zhuǎn)變特征進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究繪制了相應(yīng)狀態(tài)下的流型圖并通過改變管道傾斜角流型及流型轉(zhuǎn)換是兩度研究了傾角變化對管內(nèi)流型分布特征的影響相流研究的基礎(chǔ)不同的流型有著不同的力學(xué)特性以及傳熱特性本文并對內(nèi)徑為125mm的傾斜管道內(nèi)油氣兩相流流動(dòng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究-i-
摘要通過改變管道傾斜角度1°2°3°5°以及10°研究了傾角變化對管內(nèi)結(jié)果表明水平管道和傾斜管道內(nèi)流型及其轉(zhuǎn)變管道傾角對流型變化影響顯著
4、研究還發(fā)現(xiàn)水平管道和傾斜管道內(nèi)段塞流的形成方式有明顯差異水平管道內(nèi)段塞流的形成而傾斜管道內(nèi)段塞流則是由泡狀層流在界面波的作用下逐此外水平和傾斜管道內(nèi)都存在段塞流轉(zhuǎn)變的臨界表觀液最后繪制了不同傾角的傾斜管道中油氣為段塞流的研究提供了定量參數(shù)二研究了管道傾斜角度管徑以及流體物性對管內(nèi)兩相流流型分布的影響由于工程實(shí)際中各油田在這三個(gè)方面存在明顯差異究這些因素對管內(nèi)流型分布的影響對研究油氣混輸流動(dòng)具有重要的意流型分布特征的影響邊界區(qū)別明顯有其瞬時(shí)性漸發(fā)展生成速且在水平管道中該值較大兩相流流型圖因此研義本文利用流型預(yù)測模型模擬了這些因素對
5、管內(nèi)流型分布的影響并和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較研究表明管道傾角對管內(nèi)流型分布及其轉(zhuǎn)變特征影響顯著水平管道和傾斜管道內(nèi)流型分布結(jié)構(gòu)區(qū)別明顯流型分布結(jié)構(gòu)相似只是轉(zhuǎn)變邊界出現(xiàn)位移但對于研究小傾角的傾斜管道還表明小傾角傾斜管道和大傾角傾斜管道內(nèi)流型分布也存在明顯區(qū)別在小傾角管道中在較低的氣液相表觀速度下流型為延長泡狀流流型間的轉(zhuǎn)換邊界也發(fā)生改變而在大傾角管道中則為分散泡狀流對管內(nèi)流型分布也有著較大的影響轉(zhuǎn)變所要求的液相表觀速度上管徑并主要表現(xiàn)在層狀流向延長泡狀流研究表明隨著管徑增加層狀流向段塞流轉(zhuǎn)變需要的液相表觀速度明顯增大流體物性對管內(nèi)流型
6、分布也有氣相密度以及液相表面張一定程度的影響本文集中研究了液相粘度力三個(gè)因素對管內(nèi)流型分布的影響結(jié)果表明液相粘度的變化對流型液相粘度的增大使分布的影響主要表現(xiàn)在層狀流向延長泡狀流轉(zhuǎn)變上得流型轉(zhuǎn)變需要的液相表觀速度降低氣相密度的增大使得流型間轉(zhuǎn)變需要的氣相表觀速度都有所降低而液相表觀速度增加研究還表明液相表面張力變化對流型分布的影響很小輸技術(shù)中管道管徑及鋪設(shè)角度的選取提供了理論依據(jù)上述研究結(jié)論不僅為油氣混也為進(jìn)一步深入-ii-
上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文傾斜管內(nèi)油氣兩相流段塞流特性及其識別方法研究研究油氣混輸管內(nèi)流型變化提供了參考數(shù)
7、據(jù)三研究了傾斜管道內(nèi)段塞流的轉(zhuǎn)變速度及其頻率特征并對段塞流控制技術(shù)進(jìn)行了探討段塞流是油氣混輸管線中最常見的一種流型嚴(yán)重的段塞流會(huì)給混輸管線以及沿程設(shè)備造成巨大的危害輸停止本文利用Kelvin-Helmholtz模型Petalas&Aziz模型并結(jié)合本文實(shí)驗(yàn)研究了段塞流在水平和傾斜管道內(nèi)段甚至造成混修正的段塞穩(wěn)定模型以及塞流轉(zhuǎn)變速度特征面高度與管徑比值研究表明h/D隨表觀氣速的增高隨之降低段塞流轉(zhuǎn)變的臨界h/D增大研究還表明本文提出的利用公式水平和傾斜管道內(nèi)段塞流轉(zhuǎn)變的臨界液且在傾斜管道中隨著傾角的增表觀氣速增高大段塞流轉(zhuǎn)變需要的
8、臨界(AL1/A)crit=0.45+0.65sinθ作為臨界段塞流轉(zhuǎn)變速度判據(jù)的修正段塞穩(wěn)定模型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良利用該模型可以較好的實(shí)現(xiàn)對水平和小傾角傾斜管道內(nèi)段塞流轉(zhuǎn)變速度的預(yù)測從而為段塞流轉(zhuǎn)變速度的預(yù)測提供了一種新的計(jì)算方法對傾斜管道內(nèi)的段塞頻率特征進(jìn)行了
