粘度对水平管气液两相流压降的影响
发布时间：2020-06-11 11:53
【摘要】：随着世界能源需求的不断增长、常规原油矿藏的消耗,高粘度原油成为未来最重要的碳氢能源之一。迄今为止的实验研究、模型与经验公式,主要着眼于低粘度的常规原油,导致很多商业用气液两相流模拟软件在高粘度下误差较大。而随着石油行业的发展,高粘度原油在全世界各地发现及生产。现有的绝大部分多相流模型将粘度作为一个不变量。粘度的变化改变了液相的物性,会影响相当多相流流动性质,包括液滴的形成、表面的波浪、气泡的夹带与段塞混合区。雷诺数较低的油相与雷诺数较高的气相的混合流动,可能会进一步导致新流型的形成及其伴随的压降变化。综上所述,深入研究粘度对水平管气液两相流压降的影响,可以为石油生产解决重要的技术难题,具有重要意义。本文针对高粘度下水平管气液两相流进行分析,展开了以下几方面的研究:对迄今为止的国内外气液两相流实验研究以及模型研究进展进行了调研,调研发现迄今为止的实验研究、模型与经验公式,且主要着重于低粘度的常规油,高粘度下的水平管气液两相流研究较为少见,并对目前常用的模型进行了归纳。设计、开展了高粘度下水平管气液两相流实验。实验在内径60mm、长8m的有机玻璃管中进行,测量了液相粘度、两相流气相流速、液相流速、压力、压降、持液率和温度等基本参数。通过肉眼观察和高速摄像机相结合观察到了三种流型:波浪层流、环状流与波浪层流和环状流间的过渡流;并根据实验获得的流型数据,按不同粘度,以气相折算流速、液相折算流速分别为坐标绘制了流型图。通过流型图,研究了液相粘度对持液率和压降的影响,得出了粘度对持液率影响较小,对压降有一定的影响的结论。将实验与理论结合,使用TaitelDukle模型所得的三个不同粘度下的流型转换分界线与实验数据进行了对比,发现TaitelDukle模型对粘度的影响估算较小,实际上在高粘度下,粘度对流型有一定影响;将双圆模型所得的三个不同粘度下的流型转换分界线与实验数据进行了对比,双圆模型与实验所得流型图吻合度较高,但粘度较大时,仍与实验所得流型的存在误差。由于其考虑了粘度对水平管气液两相流的影响,因此选择Zhang-Sarica模型与稳态点模型计算在本实验的三个粘度(1142cp、740cp和518cp)与不同气、液两相折算流速下该两种模型的持液率和压力梯度,并与本实验获得的数据进行比对,发现稳态点模型对高粘度下的持液率和压降的预测效果较好。
【图文】：
第２章气液两相流实验研究逡逑存在波动时，则为波浪层流。本实验由于气液比较大，未观察到明显的光滑层流。逡逑波浪层流的流型见图２－２所示，高速摄像机所记录实验流型图见图２－３所示：逡逑图２－２波浪流流型示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｗａｖｙ邋ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ邋ｆｌｏｗ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑２．４．２过渡流逡逑当气体流速增大时，由于气液两相界面上波浪的加剧，波浪的波峰可高达管壁逡逑的顶部，此时，由于波浪流速较低，将对气流流动形成阻碍，又由于气流的夹带，逡逑被夹带的液相形成液滴或与气体形成泡沫状，此时的流型为过渡流。当气相流速较逡逑低时，在过渡流的下部仍能观察到不明显分层的液相。过渡流的流型见图２－４所逡逑示，高速摄像机所记录实验流型图见图２－５所示：逡逑图２－３过渡流流型示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ邋ｆｌｏｗ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑２．４．３环状流逡逑随着气相流速的继续增大，需要更大的过流断面，气相会将液相的过流断面压逡逑缩至新月形，而随着气相流速再次增大，液相的过流断面进一步减小，最后液相的逡逑过流断面形成沿着管壁的环形。因此
第２章气液两相流实验研究逡逑存在波动时，则为波浪层流。本实验由于气液比较大，未观察到明显的光滑层流。逡逑波浪层流的流型见图２－２所示，高速摄像机所记录实验流型图见图２－３所示：逡逑图２－２波浪流流型示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｗａｖｙ邋ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ邋ｆｌｏｗ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑２．４．２过渡流逡逑当气体流速增大时，由于气液两相界面上波浪的加剧，波浪的波峰可高达管壁逡逑的顶部，此时，由于波浪流速较低，将对气流流动形成阻碍，又由于气流的夹带，逡逑被夹带的液相形成液滴或与气体形成泡沫状，此时的流型为过渡流。当气相流速较逡逑低时，，在过渡流的下部仍能观察到不明显分层的液相。过渡流的流型见图２－４所逡逑示，高速摄像机所记录实验流型图见图２－５所示：逡逑图２－３过渡流流型示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ邋ｆｌｏｗ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑２．４．３环状流逡逑随着气相流速的继续增大，需要更大的过流断面，气相会将液相的过流断面压逡逑缩至新月形，而随着气相流速再次增大，液相的过流断面进一步减小，最后液相的逡逑过流断面形成沿着管壁的环形。因此
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE832
本文编号：2707866
【图文】：
第２章气液两相流实验研究逡逑存在波动时，则为波浪层流。本实验由于气液比较大，未观察到明显的光滑层流。逡逑波浪层流的流型见图２－２所示，高速摄像机所记录实验流型图见图２－３所示：逡逑图２－２波浪流流型示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｗａｖｙ邋ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ邋ｆｌｏｗ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑２．４．２过渡流逡逑当气体流速增大时，由于气液两相界面上波浪的加剧，波浪的波峰可高达管壁逡逑的顶部，此时，由于波浪流速较低，将对气流流动形成阻碍，又由于气流的夹带，逡逑被夹带的液相形成液滴或与气体形成泡沫状，此时的流型为过渡流。当气相流速较逡逑低时，在过渡流的下部仍能观察到不明显分层的液相。过渡流的流型见图２－４所逡逑示，高速摄像机所记录实验流型图见图２－５所示：逡逑图２－３过渡流流型示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ邋ｆｌｏｗ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑２．４．３环状流逡逑随着气相流速的继续增大，需要更大的过流断面，气相会将液相的过流断面压逡逑缩至新月形，而随着气相流速再次增大，液相的过流断面进一步减小，最后液相的逡逑过流断面形成沿着管壁的环形。因此
第２章气液两相流实验研究逡逑存在波动时，则为波浪层流。本实验由于气液比较大，未观察到明显的光滑层流。逡逑波浪层流的流型见图２－２所示，高速摄像机所记录实验流型图见图２－３所示：逡逑图２－２波浪流流型示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｗａｖｙ邋ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ邋ｆｌｏｗ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑２．４．２过渡流逡逑当气体流速增大时，由于气液两相界面上波浪的加剧，波浪的波峰可高达管壁逡逑的顶部，此时，由于波浪流速较低，将对气流流动形成阻碍，又由于气流的夹带，逡逑被夹带的液相形成液滴或与气体形成泡沫状，此时的流型为过渡流。当气相流速较逡逑低时，，在过渡流的下部仍能观察到不明显分层的液相。过渡流的流型见图２－４所逡逑示，高速摄像机所记录实验流型图见图２－５所示：逡逑图２－３过渡流流型示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ邋ｆｌｏｗ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑２．４．３环状流逡逑随着气相流速的继续增大，需要更大的过流断面，气相会将液相的过流断面压逡逑缩至新月形，而随着气相流速再次增大，液相的过流断面进一步减小，最后液相的逡逑过流断面形成沿着管壁的环形。因此
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE832
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 徐孝轩;刘德生;宫敬;孙长征;;液相粘度对水平管气液两相流型的影响[J];油气储运;2013年03期
本文编号：2707866
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