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多相混输工艺技术Multiphase Flow In Pipelines 中国石油大学储建学院储运工程系 李玉星 2007年11月19日 内 容 基本概念 多相流的研究简况和难度 多相混输管路的特点及处理方法 热物性及温降计算 流型判断 水力计算模型 段塞流计算 段塞流捕集器 多相流计量技术 1、基 本 概 念 持液率 滑脱滑动比 表观速度与真实速 度 相间摩阻 流动密度 真实密度 2、气液两相流的研究简况 二十世纪三十年代 ，美若干研究生的论文中开始出现“two-phase”这一术语 43年俄国人Kosterin在发表的论文?“水平管内两相介质流动结构研究中”，首次采用“two-phase”术语。 66年有人统计，共收集到8000余篇有关两相流的论文，48-66年期间，有关气液两相流的文章以成倍的速度增加 油气两相混输的研究起步较晚，约在50年代初期。美国的Martineli和俄国的Armand是两位最早对气液两相流进行系统研究的学者。 70年代北海石油的开采对油气混输技术起极大的推动作用 3、研究深度划分 早期的研究中，大部分把气液两相的流速认为相等，即采用均相流模型、混合物密度按气液比例求得，并按单相流体求压降梯度。 如锅炉 分相流模型：Martineli ， Duckler 流型模型：Beggs-Brill, Eaton, Olimens, Xiao-Brill 难 度 气液两相管路中所遇到的变量多，在某些流动型态下流动很不稳定，且难以识别。 参数很难测准 常遇到的某些变量有：（1） 气液流量（2）含气率（3）气液密度（4）管路倾角（5）流型（6）气液相粘度 (7)表面张力等。若上述 变量每相均取5个数据，则需取59=200万次实验。 4、混输管路的特点 流型变化多 存在相间能量交换和能量损失 存在传质现象。 流动不稳定。 气液两相管路的处理方法 均相流模型：均相流模型是把气液混合物看成为一种介质，因此可以把气液两相管路当成单相管路来处理。 分相流模型：分相流模型把管路内气液两相的流动看作是气液各自分别的流动: Martineli ， Duckler 流型模型：首先分清两相流的流型，然后根据各种流型的特点，分析其流动特性并建立关系式 :Beggs-Brill, Eaton, Olimens, Xiao-Brill 5、热物性计算 黑油模型 黑油模型 凝析气模型 凝析油模型 计算简单、编程方便、运算速度快等 组分模型： 利用组分模型能够准确地模拟管道沿线随着温度和压力的变化气液相间的质量传递、凝析和反凝析、管段内气液相的组成以及管道内是否形成水合物等复杂问题。 黑油模型(Blackoil Model) 需已知在工程标准状态下的气、液相对密度、气油比、粘温关系和管路压力温度条件，计算以经验公式和图表为主。 溶解气油比 （Solution Gas/oil Ratio） 油体积系数（oil formation volume factor） 粘度 ：油粘度、气粘度、油水混合粘度 溶气油的表面张力 比热 油水混合粘度: 未形成油水乳状液 :可以采用体积平均和API 14B12方法 乳状液: 爱因斯坦（Einstein）公式 凡德(Vand)公式 理查森(Richardson)公式 爱因斯坦公式适用于体积含水率值不大于0.2；其他公式用于体积含水率小于0.40 组分模型 根据混合物的组成计算压力温度变化时气液相的密度、粘度、表面张力、压缩因子等参数。 前提条件：已知组成混合物的烃类和非烃类组分的摩尔百分数，除此之外不需要其他参数。 一旦组成确定，流体性质确定 状态方程(EOS) 利用状态方程作为模型 利用液相逸度系数作为模型 SRK方程 PR方程 BWRS方程 温度计算及焓平衡方程 温降计算： 焓平衡方程计算 流型 —流型测定方法简介 目测方法 根据对管线某种参数波动量测定的统计结果与流型建立某种关系，依此确定流型，Hewitt建议，按管路压力波动量和x射线被管路流体吸收的波动来确定流型。此外，还可在管内放入探针，用探针与管壁间导电率的波动量来确定流型。 根据辐射射线被吸收量来确定气液混合物的密度和流型，包括：x射线照相和多束γ射线密度计。 水平管中的流型 埃尔乌斯流型划分法较好地说明了气液两相流动的流型变化特点。埃尔乌斯把两相管路的流型分为气泡流、气团流、分层流、波浪流、冲击流、不完全环状流、环状流和弥散流等八种 经验流型图 1954年，Baker最早提出一幅水平两相流型图 1962年Govier和Omer提出了一幅流型图 1974年，Mandhane又提出了一幅流型图 布里尔流型图 它们大都根据小