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气液两相管路的特点

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气液两相流 整理

气液两相流 整理

第一章概论相的概念：相是体系中具有相同化学组成和物理性质的一部分，与体系的其它均匀部分有界面隔开两相流动的处理方法：双流体瞬态模拟方法和精确描述物理现象的稳态机理模型是多相管流研究的主要方法目前研究存在的问题：1、多相流问题未得到解析解；2、油气水三相流的研究不够深入；3、水平井段变质量流动研究较少；4、缺乏向下流动的综合机理模型；5、缺乏专用研究仪器气液两相流的分类：1、细分散体系：细小的液滴或气泡均匀分散在连续相中2、粗分散体系：较大的气泡或液滴分散在连续相中3、混合流动型：两相均非连续相4、分层流动：两相均为连续相气液两相流的基本特征：1、体系中存在相界面：两相之间也存在力的作用，出现质量和能量的交换时伴随着机械能的损失2、两相的分布情况多种多样：两相流动中两相介质的分布称为流型3、两相流动中存在滑脱现象：相间速度的差异称为滑脱，滑脱将产生附加的能量损失4、沿程流体体积流量有很大变化，质量流量不变气液两相流研究方法：1、经验方法：从气液两相流动的物理概念出发，或者使用因次分析法，或者根据流动的基本微分方程式，得到反映某一特定的两相流动过程的一些无因次参数，然后依据实验数据整理出描述这一流动过程的经验关系式。

优点：使用方便，在一定条件下能取得好的结果缺点：使用有局限性，且很难从其中得出更深层次的关系2、半经验方法：根据所研究的气液两相流动过程的特点，采用适当的假设和简化，再从两相流动的基本方程式出发，求得描述这一流动过程的函数关系式，最后用实验方法确定出函数关系式中的经验系数。

优点：有一定的理论基础，应用广泛缺点：存在简化和假设，具有不准确性3、理论分析方法：针对各种流动过程的特点，应用流体力学方法对其流动特性进行分析，进而建立起描述这一流动过程的解析关系式。

优点：以理论分析为基础，可以得到解析关系式缺点：建立关系式困难，求解复杂研究气液两相流应考虑的几个问题：1、不能简单地用层流或紊流来描述气液两相流2、水平或倾斜流动是轴不对称的3、由于相界面的存在增加了研究的复杂性4、总能量方程中应考虑与表面形成的能量问题5、多相流动中各相的温度、组分的浓度都不是均匀的，相之间有传热和传质6、各相流速不同，出现滑脱问题，是多相流研究的核心与重点流动型态：相流动中两相介质的分布状况称为流型或两相流动结构流型图：描述流型变化及其界限的图。

第三章 多相流流型及判别方法

第三章 多相流流型及判别方法

体积与质量含气率：
x
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 5
第三章 多相流流型及判别方法
对于截面含气率有：

1 1 1 w 1 Al wl g 1 s 1 A w w g g l
一、两相混合物密度 气液两相混合物密度有两种表示方法： （一）流动密度
（二）体积流量 单位时间内流过管路横截面的流体体积称为体积流量。对于气液两相混 输管路有：
Q Qg Ql
二、流速 （一）气相和液相速度 气相速度： 液相速度：
wg
Qg Ag
wl
Ql Al
（二）气相和液相的折算速度 气相折算速度：
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 2
第三章 多相流流型及判别方法
y -0.6746608 x 4.2203391
x -1.028449 y 6.319154 y -0.2228661 x 3.361187
3）流型判别程序流程图
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 24
第三章 多相流流型及判别方法
开始 输入已知数据 计算Bx,By,x,y P(x,y)在L1之下 吗？ 否 P(x,y)在C4及L3 之右吗？ 否 P(x,y)在L2之下 吗？ 否 P(x,y)在C2之下 吗？ 否 P(x,y)在C3之下 吗？ 否 雾状流 按流型计算相关参数 输出流型 结束 是 环状流 是 冲击流 是 气团流 是 气泡流 是 波状流 否 P(x,y)在C1之下 吗？ 是
散布流 不对称散 布流 移动床流
固定床流
图3-12 水平管液固两相流流型示意图
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 18

两相流2

两相流2

xM wg ρ g x x ϕ= = = ρg xM (1 − x)M (1 − x)wg ρ g x + (1 − x)s + x+ ρl wg ρ g wl ρl wl ρl
xvg xρl = = xρl + (1 − x)sρ g xvg + (1 − x)svl
vl 1−ϕ = = xρl + (1 − x)sρ g xvg + (1 − x)svl
26/157 26/157
2011-112011-11-23
2011-112011-11-23
27/157 27/157
– 漂移速度
wD = wg − wH = G xvg + (1− x)vl s − G xvg + (1− x)vl = G(1− x)vl (s −1) = wl 0 (s −1) wg − wl ws = wl 0 w = wl 0 w = (1−ϕ)ws l l
2011-112011-11-23 9/157
含气率与含液率
• 质量含气率与质量含液率 – 质量含气率：气相质量流量与混合物 质量含气率： 质量流量之比；在水-蒸汽系统也称干 质量流量之比；在水 蒸汽系统也称干 度。在核反应堆工程中称空泡份额或 空泡率 M g Gg
x= M = G
– 质量含液率： 质量含液率：
2011-112011-11-23
24/157 24/157
– 液相速度
wl = (1− x)M = (1− ϕ)ρl A G(1− x) (1− x)sρl ρ g xρl + (1− x)ρ g s = G xvg + (1 − x)vl s s
[

多相流工艺计算

多相流工艺计算
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。
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
P(kPa)
12000 10000
8000 6000 4000 2000
0 100
临界冷凝温度
温降计算：
TZ (T0 b) (TR T0 b) exp(aL)
Di
xwg cpg cp
( PR PZ aL
)[1 exp(aL)]
焓平衡方程计算
d H v d v g d Z d Q dx dx dx dx
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

油气混输管路中

油气混输管路中
23
二、流型
（一）水平管流型 1.流型变化多 2.存在相间能量交换和能量损失 3.存在传质现象 4.流动不稳定
24
二、流型
1.流型变化多 气液两相流流型的划分不能通过简单的雷诺数的大 小来划分，通常通过观察气液两相在管内的流动情况 并根据压力波动特征来确定流型。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。
37
二、流型
3.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，这种处理方法称为流 型模型。 按便于建立数学模型的原则，某些学者把两相流流 型划分为： （1）分离流：包括分层流、波浪流和环状流 （2）间歇流：包括气团流和冲击流 （3）分散流：包括气泡流、分散气泡流和弥散流
30
二、流型
4.流动不稳定 管路稳定工作时，各种流动参数，如压力、
输量等，不随时间变化。在气液两相管路中， 气液两相各占一部分管路体积，当气液输量发 生变化时，各相所占管路体积的比例也将发生 变化，这就会引起管路的不稳定工作，并且需 要较长的时间才能重新达到稳定状态。
31
二、流型
Baker研究表明，从一种稳定状态到另一种稳定状 态大约需要三天的时间。另外在某些流型下，如冲击 流，即使管路起点气液输量保持不变，管路截面上的 压力和气液输量也常有激烈的波动。因此，实测两相 管路的各项参数比较困难。这时一般采用引入载荷波 动系数的方法来处理。
按管路内流动介质的相数分: 按管路的工作范围和性质分: 按管路的结构分:
2
第三节 油气混输管路
某些特定环境下，混输管路更有单相管路 不可比拟的优点,如: （1）沙漠油田 （2）陆地上的边际油田 （3）海上油田

气液两相喷管线型设计方法

气液两相喷管线型设计方法

气液两相喷管线型设计方法气液喷射技术是一种能够将液体与气体喷射混合并喷出的技术，广泛应用于喷雾冷却、涂覆、消毒、清洗等领域。

气液两相喷管是实现喷射的重要组成部分，其好坏直接影响喷射效果。

因此，本文将介绍气液两相喷管线型设计方法。

一、设计原则气液两相喷管的线型设计应遵循以下原则：1、尽量减小喷头外缘的曲率，减小喷头周围的阻力和涡流，使喷雾更加稳定。

2、线型应流畅，不宜设计类似“棱形”的边角。

3、液体进入喷头时应呈均匀分布状态，以便气体与液体充分混合。

4、喷头阀座处尽量减小材料漆皮脱落的距离，有助于延长喷头使用寿命。

5、喷头与阀门的连接应紧密，以免气体经过狭缝进入阀门，影响阀门工作。

二、喷头设计1、供液管道的设计喷头供液管道的设计应考虑气液两相在进入喷头时的分布情况和流速。

可通过设计斜面使液体在进入喷头前充分展开，实现液体的均匀分布，同时要控制液体的速度，不宜太快。

2、液体注入部位的设计喷头的液体注入部位需设计成扇形，以保证液体均匀入口，充分混合。

同时，喷头出口可以采用圆柱形，增加喷雾体积。

3、出口截面设计采用圆形出口截面可以减小液体在出口处的压力，使得液体出口更加稳定，减少异物的混入；另外也有利于气相与液相的混合，从而更好地完成喷雾效果。

4、阀座的设计喷头的阀座部位应设计成一段连续曲线，可以减小喷头开闭时的阻力和涡流。

此外也可以在阀座处加装一定的密封圈，提高喷头的密封性能。

三、模拟计算设计完成后，可利用计算机模拟软件进行喷头的流体仿真计算，以评估喷头的喷雾效果和气动特性，验证设计的合理性并进行必要的调整。

四、试制样品经过设计和计算后，可以试制样品，测试喷头的喷雾效果，包括喷雾均匀度、直径、角度等。

如发现问题，可针对性调整，直至达到预期的喷雾效果。

五、总结针对气液两相喷管线型设计的方法，本文介绍了喷头的设计原则、液体供应管道设计、液体注入部位设计、出口截面设计、阀座设计等方面的考虑。

在实际设计和制造过程中，要根据具体应用要求进行设计和调整，从而获得满意的气液两相喷管。

两相流基础

体积含液率（ λL ），无滑脱持液率 λL = 1－ β= QL/(QL+QG)
含气率和含液率
截面含气率和截面含液率
截面含液率(当地体积含液率)HL 管路流通截面上，液相流通面积与管路总面积之比
HL=AL/A 截面含气率（ φ ）
φ＝ AG /A = AG/(AL + AG)
含气率和含液率
三种含气率之间的关系
气相和液相的折算速度小于相应的气液相实际速度
滑动比、滑移速度、漂移速度
滑动比（s）
uG s = uL
滑移速度（slip velocity）或滑差
uslip = uG − uL
滑动比、滑移速度、漂移速度
漂移速度（drift velocity）
uDL = uL − uM
uDG = uG − uM
含气率和含液率

s = 1， β
=ρ。
＝
ϕ ，流动密度和真实密度相
流动密度和真实密度定义不同，二者的应用场合 亦不同。流动密度常用来计算气液混合物沿管路流动 时的摩阻损失；真实密度常用于计算气液混合物沿起 伏管路运动时的静压损失，即计算由于管路高程变化 引起的附加压力损失。
§4-1 混输管道的流动参数和技术术语 六、摩擦压降的折算系数
q总体积流量m流速u折算s速度ms气相折算速度液相折算速度流速u折算s速度ms气相折算速度液相折算速度流速u混合物m速度mssgsl两相混合物总体积流量与流通面积之比流速u实际速度ms气相速度液相速度气相和液相的折算速度小于相应的气液相实际速度滑动比滑移速度漂移速度滑移速度slipvelocity或滑差slip滑动比s滑动比滑移速度漂移速度漂移速度driftvelocitydl质量含气率干度与质量含液率湿度质量含气率x流过管路流通截面上的气相质量流量与气液混合物总质量流量之比体积含气率和体积含液率体积含气率表示流过管路流通截面上的气相体积流量与气液混合物总体积流量之比即

低温甲醇洗装置气液两相流管线的布置

工业工程设计Indus t rial Engineering D e s ign 低温甲醇洗装置气液两相流管线的布置Layout of Gas Liquid Two Phase Flow Pipeline in Rectisol Unit姚凯(华陆工程科技有限责任公司，西安710065)YAO Kai(Hualu Engineering Technology Co.Ltd.,Xi'an710065,China)【扌商要】根据气液两相流管线的特点，论文探讨了两相流附塔管线、换热器管线、减压阀的布置和管道支吊架的设计，论述了该装置进行管道布置时应注意的一些特殊要求和注意事项，以避免或降低管线的振动。

[Abstract]According to the characteristics of gas-liquid two-phase flow pipeline,this paper discusses the arrangement of two-phase flow pipeline attached tower,heat exchanger pipeline,pressure-reducing valve and the design scheme of p ipeline support and hanger,and points out some special requirements that should be paid attention to when the pipeline is arranged,so as to avoid or reduce the vibration of p ipeline.【关键词】低温甲醇洗；气液两相流;管道布豈【Keywords]rectisol;gas-liquid two-phase;piping arrangement【中图分类号1TQ06【文献标志码】B[DOI]10」3616/ki.gcjsysj.2020.09.261【文章编号】1007-9467(2020)09-0139-021引言低温甲醇洗4种被广泛应用的气体净化工艺，常用于脱除煤制合成气中的co2,h2s等。

第二章：油气管道多相流基础


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分气相折算系数
水平管路内气液两相沿管共流，其质量流量为M ， M=ML+Mg，在管长dl段落上的压降为dp，压降梯度为（ dp/dl）。 在相同的管路内，只有气相流动，其质量流量为Mg=Mx ，压降梯度为（dp/dl）g。 以上两种情况下两相流与液体管路压降梯度的比值为全 液相折算系数。
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全液相折算系数
水平管路内气液两相沿管共流，其质量流量为M ， M=ML+Mg，在管长dl段落上的压降为dp，压降梯度为（ dp/dl）。 在相同的管路内，只有液相流动，其质量流量也是M， 压降梯度为（dp/dl）L0。 以上两种情况下两相流与液体管路压降梯度的比值为全 液相折算系数。
Page
35
分液相折算系数
水平管路内气液两相沿管共流，其质量流量为M ， M=ML+Mg，在管长dl段落上的压降为dp，压降梯度为（ dp/dl）。
在相同的管路内，只有液相流动，其质量流量为 ML=M(1-x)，压降梯度为（dp/dl）L。
以上两种情况下两相流与液体管路压降梯度的比值为全 液相折算系数。
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降低严重段塞流的效果
改变设计
• 小直径管道和海底分离器 • 其他/新设备
运行
• 增加分离器的操作压力 • 节流 • 闭环控制管线
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50
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37
在两相混输管路计算中，引入折算系数的目的 ：把两相管路摩擦压降梯度问题转化为求折算 系数和单相管路压降问题。
L－M参数
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三、气液两相管流的处理方法
气液两相管流属三维不稳定流动问题 流体力学的基本方程都适用于两相管流 连续性方程、动量方程、能量方程

两相流基础

质量含气率(干度)与质量含液率（湿度） 质量含气率x——流过管路流通截面上的气相质量流量 与气液混合物总质量流量之比
WG x= W
质量含液率（1-x）
含气率和含液率
体积含气率和体积含液率
体积含气率（ β ）表示流过管路流通截面上的气相体积 流量与气液混合物总体积流量之比，即：
β＝QG/Q =QG/(QL+QG)
气相和液相的折算速度小于相应的气液相实际速度
滑动比、滑移速度、漂移速度
滑动比（s）
uG s = uL
滑移速度（slip velocity）或滑差
uslip = uG − uL
滑动比、滑移速度、漂移速度
漂移速度（drift velocity）
uDL = uL − uM
uDG = uG − uM
含气率和含液率
体积含气率(β)与质量含气率(x)
β=QG /Q =QG/(QL+QG) ＝uSG /(uSG +uSL)
WG uSG ρG uSG x= = = WG + WL uSG ρG + uSL ρ L u + u ρ L SG SL
ρG
∵ ρ L > ρG
∴ β >x
含气率和含液率
体积含气率(β)与质量含气率(x)之间的关系
l0
( dl ) dp ( dl )
dp
( )
§4-1 混输管道的流动参数和技术术语
在相同的管路内，只有液相流动，其质量流量 为 Gl = G (1 − x ) ，压降梯度为 ⎛ dp dl ⎞ ，则把混输管 ⎜ ⎟ ⎝ ⎠l ⎛ dp ⎞ 路压降梯度 dp dl 与 ⎜ dl ⎟ 之比定义为分液相折算 ⎝ ⎠l 2 系数，以 φl 表示，即：
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气液两相管路的特点
气液两相管路是指在管路中同时存在气体和液体两种相态的流体，其特点如下：
1. 混相分离：气液两相在管路中往往不是完全均匀混合的状态，会存在一定程度的区分。

在管路中会出现明显的气相和液相分层现象。

2. 流动性变化：气液两相在流动过程中，由于流速、流量、压力等因素的变化，会导致两相的相互转变，气相在高速流动时容易分离出来，而低速时容易重新溶解进液相中。

3. 携带性能：气液两相流体在管路中可以相互携带物质。

气体可以携带液滴或气泡，液体可以携带气泡或气团。

这种携带性能对于输送液体中的杂质、气体或溶质具有重要作用。

4. 压力变化：在气液两相流管路中，由于两相流体的存在，会导致管道中的压力变化。

气体的压力一般较高，液体的压力较低。

5. 反应性：在气液两相流管路中，气体往往可以与液体发生一些化学反应或物理吸收等反应。

这种反应性可以应用于气体的除湿、吸附、分离等过程中。