起伏管路中二相弹状流流动特性研究 摘要弹状流是油气混输管路中最为常见的流型，间歇性和不规则性是其最显著的特点，这种特点导致管路内持液率和压力的急剧波动，对上游的输送设备、下游油气处理设备和管路自身安全运行影响极大。随着石油勘探向深海以及沙漠腹地的延伸，所需要的油气混输管路越来越长，很多油气混输管路随地形的起伏而变化，起伏管路中的多相弹状流动成为一种最常见的现象，而目前只有少数的研究者对起伏管路中气液两相弹状流的进行了有限的研究。本文在国家多相流重点实验室的气水二相流实验台上对起伏管路中的二相弹状流进行了研究，设计了适应多个小倾角的起伏管路实验段以模拟实际油气混输管路中起伏地形下的弹状流动，建立了一套电导探针测量系统，以对液弹长度和液弹速度进行测量；一套高速动态数据采集系统，以精确地采集所需要的电导探针和压力信号。对不同倾角（1°、3°和 5°）起伏管路中弹状流液弹频率进行了分析发现液弹频率是管路进口效应造成的，和管路倾角无关；液弹频率随着折算气相速度的增加表现出一种先减小而后突然增大的趋势；随着折算水速的增加，液弹的频率增大；得到了液弹频率和折算液速的关系式。对液弹长度研究发现：在上升段液弹长度比水平段液弹长度增大，而在下降段，液弹长度减小；随着折算气速的增大，在折算液速不变的情况下，从液弹的统计分布规律来看，液弹的平均长度呈现一种减小的趋势。随着折算水速的增加，液弹的长度增加；对实验数据进行分析，得到了水平管和起伏管上气水二相流动时液弹运动速度和流体混合速度之间的关系式。应用气液两相流动的双流体模型的连续方程和动量守衡方程对气水二相弹状流的压降进行了分析，建立了在一维坐标系下的压降计算模型。对压降计算结果和实验获得的压降结果进行比较发现，在折算气速较小时，计算结果和实验数据吻合较好，计算中发现，由于粘性耗散造成的粘性压降和加速压降在总压降损失中均占有一定比例；获得了稳态条件下液膜的运动速度和液膜厚度的分布规律。