强烈段塞流特性模拟及消除试验研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ncwu521
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本文在内径0.05m,由下倾(长10.45m)-上升(高4m)管组成的小型多相流试验环道上对空气-水为介质的强烈段塞流进行了一系列试验研究,对其特征参数进行了深入细致的分析,考察了该试验装置上强烈段塞流在流型图中的发生范围,并分别采用不同的方法对强烈段塞流的发生范围进行限制。主要研究内容和结论如下:通过对管道上不同位置的压力进行分析,发现了强烈段塞流压力波动曲线上的特征点与液塞在管道中的运动位置的关系,并分别利用单压力信号法及相邻变送器压力波取点法和压力波与探针结合法求得了强烈段塞流的液塞平均积累速度及喷出速度。在气液相流量恒定的稳态流动中,强烈段塞流是具有严格的周期性的,它的循环周期、液塞长度以及液塞速度随时间变化而波动的幅度很小。这与普通水力段塞流的特征参数在连续时间内随机波动相比差异较大。实验研究发现:在“稳态”条件下,当管道入口气相折算速度恒定时,随着管道入口液相折算速度的增大,液塞运动速度、液塞长度、回流长度增大,基本上呈线性趋势,而循环周期减小;当管道入口液相折算速度恒定时,随着管道入口气相折算速度的增大,液塞运动速度增大,液塞长度、循坏周期减小,减小的幅度逐渐递减,回流长度变化不大。当管道入口气液相折算速度恒定时,随着实验装置上游下倾管倾角的增大,液塞运动速度、液塞长度增大;循环周期的变化较小。通过实验发现,强烈段塞流现象只有在气液两相流量都较小的工况下才发生,其压力波动幅度是稳定流动时的数倍。为了更精确地描述强烈段塞流各个阶段的流动情况,尝试将传统的定性解释向定量描述转化,选取了较为全面的Schmidt模型。在其基础上进行简化,对本实验装置及流动条件进行了模拟计算,从结果可以看出Schmidt模型有其优势,但也有不足。Schmidt模型指明了建立强烈段塞流模型的基本方法,需要考虑的因素以及模型发展的方向。同时,他也给我们留下了很大的拓展空间,有待我们进一步地研究。本文详细分析了强烈段塞流的消除原理并列举出了近期应用较多的几种消除方法,为了在一定范围内限制强烈段塞流的发生,对公认的消除效果较好的节流法进行了实验研究,取得了较好的效果,使流型图中强烈段塞流的发生范围显著减小,并且随着节流程度的增大,减小的趋势越显著。针对某一气液相流量恒定的试验工况点,节流程度大小适当时可以使管道中流体由强烈段塞流转化为稳定的气液相连续流动状态。然而,节流程度较小时不仅不会使管道中流体达到稳定流动状态,还会导致压力波动的周期更长、幅度更大的后果。节流会产生较大的背压。使上游管道中的压力显著增大。
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