地形起伏湿气管道持液率与压降计算模型研究
发布时间：2021-02-16 04:55
湿气管流的研究近几年成为陆上和海上天然气集输过程中较为常见的研究课题,由于石油勘探开发往往处在偏远地区且地形复杂的地方,所以要研究湿气管流就必须结合地形情况,从现场实际工况出发进行研究。本文将针对复杂地形条件下,根据多相流软件及几种经典组合模型,对湿气流动过程中流动型态、截面含液率及压降等的预测模型进行建立或者优选。在起伏地形条件下,湿气管路往往会在管路低洼处形成积液,而积液的累积会影响管路输送效率,严重时会导致管路堵塞无法正常运行。积液的形成又与管路的流型、截面含液率和压降密不可分。本文将根据影响湿气管路流动型态、截面含液率以及压降的主要影响因素出发,分析各因素对这三者的影响规律,从而展开对流动型态、截面含液率和压降的进一步研究。本文首先对气液两相管流中可能出现的流型进行分析,分别对每种流型在水平、上倾、垂直和下倾管中形成机理进行分析,并且结合现有经典的管路流动型态预测模型进行组合,得到适合湿气管流的流动型态预测组合模型。针对湿气管路的截面含液率,首先利用多相流软件OLGA进行截面含液率影响因素分析,再结合算法用已有数据分别对上倾、水平和下倾管建立截面含液率预测模型,并使用预测模型与...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水平管两相流体的流型分散流环状流
163.1.2垂直两相流的流型在垂直向上的两相流中观察到的主要流动模式如图3-2所示。与水平流不同，在垂直流动中不存在分层流，并且发现流型关于管道轴对称。垂直流动中主要流型的描述见图3-2所示：图3-2垂直向上两相流的流动气泡流：气相分散在连续的液体介质中，并在整个管道横截面中均匀分布。段塞流：不同于水平管或者倾斜管，垂直管中的叶赛沿管轴对称分布。环雾流：细小环形流动本质上是一种环形流动，其特征在于液滴大量夹带到中央气芯。以上所说的所有垂直向上流动的流型也都存在垂直向下流动。3.2不同流型形成机理气泡流：气泡流的特征在于分散在连续液相中的小尺寸离散气泡的流动。对于水平和倾斜两相流，气泡始终位于管道上壁区域附近（非对称流）。对于垂直流（向上和向下），气泡在管道横截面上均匀分布（对称流）。观察到气体和液体的流速显着影响分散在液体介质中的气泡的大小，形状和分布。在固定的气体流速下，液体流速的增加导致剪切作用而减少了气泡尺寸，从而增加了试图渗透单相液体并进入近管轴区域的气泡数量。气泡的形状，大小和分布的这种变化可能不会影响两相流参数，但它肯定会影响两相流场的局部特征。在垂直向下流动的情况下，低气体流速条件下，气泡仅分布在管道的中心区域，而单相液体占据了近壁区域。垂直向下流动中气泡的出现主要是由于“取芯现象”，其特征是管壁对液相上施加的排斥力。取芯现象是浮力和惯性力之间相互作用的结果，并且在概念上类似于由于马格努斯效应施加在高尔夫球上的升力。如图3-3所示，浮力和升力（由于气泡两侧存在压力梯度）作用于气泡，导致气泡朝着管道中心线。在垂直向上流动的情况下，浮力在流动方向上，并且升力作用在气泡上，朝向管道壁。但是，对于
17垂直向下的流动，浮力的方向与流动方向相反，从而在管道壁面上施加剪切力，气泡离开管壁，这导致气泡向管轴线区域附近迁移。研究发现，随着气体和液体流速的增加，气泡趋于聚结，并且惯性力取代浮力效应，因此也取代了管壁施加的排斥力（升力）。因此，气泡开始向管壁移动，并在整个管道横截面上更均匀地分布，在垂直向上和向下流动方向上，气泡流的物理外观相似。图3-3浮力、惯性和升力的相互作用Usui和Sato等[38]、Oshinowo和Charles[39]和Nguyen[40]分别在19mm、25mm和45mm的垂直向下管道中观察到了类似的取芯现象。一般情况下取芯现象只发生在垂直向下和接近垂直向下的方向，大直径管道的取芯现象比较明显，取芯现象会随着管径的减小而消失，在两相流文献并没有提供任何证据来证明D<12mm管径的取芯现象的存在。Bhagwatetal.(2012a)[41]和Bhagwatetal.(2012b)[42]提出，取芯现象影响两相泡状流的摩擦压降和传热趋势，主要是由于壁面斥力作用于管道内壁。段塞流：段塞流通常出现在气液流量较低或中等的情况下，特征是长气泡和液塞交替流动。对于水平和倾斜管道方向，拉长的气泡(气塞)与管道轴线不对称，且在管道上壁附近。对于垂直向上流动，气塞是关于管道中心线对称的，有一个形状呈子弹形状的前端和一个平坦的后端。垂直向上流动的气塞也被称为“泰勒气泡”，其示意图如图3-4所示。对于垂直向上和所有向上的倾斜管道，当气体段塞通过给定的管道截面时，它会在段塞前端的正前方加速液相。为了保持连续性，液相以液膜的形式沿管壁向下减速回落。研究发现，即使在气体流量增加的情况下，这种拖尾液膜也会对系统的摩擦压降产生影响，使压降降至最校
【参考文献】：
期刊论文
[1]起伏湿气管路持液率和压降计算模型[J]. 王文光,颜慧慧,曲兆光,刘春雨,万宇飞. 石油工程建设. 2016(06)
[2]倾斜管内多相流流型研究[J]. 常方圆,马贵阳,安利姣,孙淼,冉龙飞. 辽宁石油化工大学学报. 2016(01)
[3]预测气液两相分层流界面剪切应力的新方法[J]. 郑平,赵梁,刘永铭. 西南石油大学学报(自然科学版). 2015(06)
[4]气液两相流倾斜下降管持液率实验研究[J]. 徐继军. 石油工业技术监督. 2009(04)
[5]基于双流体模型的管内气液两相流稳态计算方法[J]. 齐建波,罗丽华,董平省,康焯. 油气储运. 2009(02)
[6]BP神经网络原理及MATLAB仿真[J]. 盛仲飙. 渭南师范学院学报. 2008(05)
[7]低含液率多相管路平均持液率[J]. 王武昌,李玉星,唐建峰,喻西崇. 化工学报. 2005(06)
[8]向上倾斜管内气-水两相流流型转变分析[J]. 曹夏昕,阎昌琪,孙立成. 核科学与工程. 2005(01)
[9]结合遗传算法优化BP神经网络的结构和参数[J]. 田旭光,宋彤,刘宇新. 计算机应用与软件. 2004(06)
[10]倾斜下降管内气-液两相流流型PSD特征[J]. 周云龙,孙斌,李岩,张玲,洪文鹏. 热科学与技术. 2004(02)
硕士论文
[1]多起伏湿气管路积液规律研究[D]. 吴成.中国石油大学（华东） 2013
[2]复杂地形条件下湿气集输管路积液规律的研究[D]. 谷琼.中国石油大学 2011
本文编号：3036198
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水平管两相流体的流型分散流环状流
163.1.2垂直两相流的流型在垂直向上的两相流中观察到的主要流动模式如图3-2所示。与水平流不同，在垂直流动中不存在分层流，并且发现流型关于管道轴对称。垂直流动中主要流型的描述见图3-2所示：图3-2垂直向上两相流的流动气泡流：气相分散在连续的液体介质中，并在整个管道横截面中均匀分布。段塞流：不同于水平管或者倾斜管，垂直管中的叶赛沿管轴对称分布。环雾流：细小环形流动本质上是一种环形流动，其特征在于液滴大量夹带到中央气芯。以上所说的所有垂直向上流动的流型也都存在垂直向下流动。3.2不同流型形成机理气泡流：气泡流的特征在于分散在连续液相中的小尺寸离散气泡的流动。对于水平和倾斜两相流，气泡始终位于管道上壁区域附近（非对称流）。对于垂直流（向上和向下），气泡在管道横截面上均匀分布（对称流）。观察到气体和液体的流速显着影响分散在液体介质中的气泡的大小，形状和分布。在固定的气体流速下，液体流速的增加导致剪切作用而减少了气泡尺寸，从而增加了试图渗透单相液体并进入近管轴区域的气泡数量。气泡的形状，大小和分布的这种变化可能不会影响两相流参数，但它肯定会影响两相流场的局部特征。在垂直向下流动的情况下，低气体流速条件下，气泡仅分布在管道的中心区域，而单相液体占据了近壁区域。垂直向下流动中气泡的出现主要是由于“取芯现象”，其特征是管壁对液相上施加的排斥力。取芯现象是浮力和惯性力之间相互作用的结果，并且在概念上类似于由于马格努斯效应施加在高尔夫球上的升力。如图3-3所示，浮力和升力（由于气泡两侧存在压力梯度）作用于气泡，导致气泡朝着管道中心线。在垂直向上流动的情况下，浮力在流动方向上，并且升力作用在气泡上，朝向管道壁。但是，对于
17垂直向下的流动，浮力的方向与流动方向相反，从而在管道壁面上施加剪切力，气泡离开管壁，这导致气泡向管轴线区域附近迁移。研究发现，随着气体和液体流速的增加，气泡趋于聚结，并且惯性力取代浮力效应，因此也取代了管壁施加的排斥力（升力）。因此，气泡开始向管壁移动，并在整个管道横截面上更均匀地分布，在垂直向上和向下流动方向上，气泡流的物理外观相似。图3-3浮力、惯性和升力的相互作用Usui和Sato等[38]、Oshinowo和Charles[39]和Nguyen[40]分别在19mm、25mm和45mm的垂直向下管道中观察到了类似的取芯现象。一般情况下取芯现象只发生在垂直向下和接近垂直向下的方向，大直径管道的取芯现象比较明显，取芯现象会随着管径的减小而消失，在两相流文献并没有提供任何证据来证明D<12mm管径的取芯现象的存在。Bhagwatetal.(2012a)[41]和Bhagwatetal.(2012b)[42]提出，取芯现象影响两相泡状流的摩擦压降和传热趋势，主要是由于壁面斥力作用于管道内壁。段塞流：段塞流通常出现在气液流量较低或中等的情况下，特征是长气泡和液塞交替流动。对于水平和倾斜管道方向，拉长的气泡(气塞)与管道轴线不对称，且在管道上壁附近。对于垂直向上流动，气塞是关于管道中心线对称的，有一个形状呈子弹形状的前端和一个平坦的后端。垂直向上流动的气塞也被称为“泰勒气泡”，其示意图如图3-4所示。对于垂直向上和所有向上的倾斜管道，当气体段塞通过给定的管道截面时，它会在段塞前端的正前方加速液相。为了保持连续性，液相以液膜的形式沿管壁向下减速回落。研究发现，即使在气体流量增加的情况下，这种拖尾液膜也会对系统的摩擦压降产生影响，使压降降至最校
【参考文献】：
期刊论文
[1]起伏湿气管路持液率和压降计算模型[J]. 王文光,颜慧慧,曲兆光,刘春雨,万宇飞. 石油工程建设. 2016(06)
[2]倾斜管内多相流流型研究[J]. 常方圆,马贵阳,安利姣,孙淼,冉龙飞. 辽宁石油化工大学学报. 2016(01)
[3]预测气液两相分层流界面剪切应力的新方法[J]. 郑平,赵梁,刘永铭. 西南石油大学学报(自然科学版). 2015(06)
[4]气液两相流倾斜下降管持液率实验研究[J]. 徐继军. 石油工业技术监督. 2009(04)
[5]基于双流体模型的管内气液两相流稳态计算方法[J]. 齐建波,罗丽华,董平省,康焯. 油气储运. 2009(02)
[6]BP神经网络原理及MATLAB仿真[J]. 盛仲飙. 渭南师范学院学报. 2008(05)
[7]低含液率多相管路平均持液率[J]. 王武昌,李玉星,唐建峰,喻西崇. 化工学报. 2005(06)
[8]向上倾斜管内气-水两相流流型转变分析[J]. 曹夏昕,阎昌琪,孙立成. 核科学与工程. 2005(01)
[9]结合遗传算法优化BP神经网络的结构和参数[J]. 田旭光,宋彤,刘宇新. 计算机应用与软件. 2004(06)
[10]倾斜下降管内气-液两相流流型PSD特征[J]. 周云龙,孙斌,李岩,张玲,洪文鹏. 热科学与技术. 2004(02)
硕士论文
[1]多起伏湿气管路积液规律研究[D]. 吴成.中国石油大学（华东） 2013
[2]复杂地形条件下湿气集输管路积液规律的研究[D]. 谷琼.中国石油大学 2011
本文编号：3036198
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