气液两相管流

第六章
水平气液两相管流
在油气开采过程中，油、气混合物沿油气混输管道 从油井井口到联合站的流动，属于水平管或接近水平管 中的气液两相流动。当油井见水后，其流动属于油、气、 水混合物的多相流动。实践表明，多相流动的压中损失 比单相流动时大得多，在类似的流下，前者可达后者的 5～10倍。 当然，在石油工业中，水平多相流更多地表现为集 输管线中油气水的混合流动。
第一节 流动型态
一般可以将水平管中气液两相的流动型态大致分为七种。 如果管道中液体的流量不变，而气体的流量由小到大，则 其发生的顺序是：
1．泡状流 气体量很少，气体以气泡的
形式在管道中与液体一同作等速流动。
2 ．团状流
随着气体量的增多，气泡 合并成为较大的气团。气团在管道中 与液体一同流动。
流动型态
Bl 、 B g 、n 及 m 一常数。
g ——气相的粘度；
l vl Dl Re l l
Ql l Dl Al
l

Gl
l

l
l
4
Dl2
Dl 4Gl Dl l
洛克哈特—马蒂内利方法
整理前式，按液相计算的 两相流动压降为：
L vl2 p l l Dl 2
Gl 2 Dl l Bl L 4 p . n 2 4Gl Dl D l l l
Q G Gl vl l l Al Al l D 2 l l 4
vg Qg Ag Gg Ag g
考虑到两相相对运 动及各自流动的几 何形态特点，引进 了校正系数 和


Gg
2 Dg g
4
Gl
Gg
——液相的质量流量； ——气相的质量流量。

气液两相流量计原理
气液两相流量计是一种用于测量流体中同时存在气体和液体的仪器。

它利用了气液两相在流动过程中产生的不同特性，实现了对气液两相流量的精确测量。

气液两相流量计的原理基于两个主要的参数：液位和气液比。

液位是指液体表面距离流量计下游固定点的高度，而气液比则是指气体与液体的体积比。

这两个参数可以通过传感器测量和计算得出。

在气液两相流体中，气体的体积远远大于液体，因此气体的流动速度要明显快于液体。

当气液混合物通过流量计时，液体部分会沉积在流量计内的测量管壁上，形成液膜，而气体则会以气泡形式穿过液膜。

利用液位和气液比两个参数，气液两相流量计可以计算出相对应的气体和液体的体积流量。

通过准确测量液位的变化和掌握液体温度等参数，可以实现对气体和液体体积流量的准确测量。

气液两相流量计在化工、石油、环保等领域具有广泛的应用。

它可以用于油井、水处理设备、石油炼化装置、污水处理等流体系统的流量测量。

由于涉及到气液两相的复杂流动，气液两相流量计的设计和精确度要求相对较高。

总的来说，气液两相流量计利用液位和气液比两个参数，通过测量和计算实现了对气液两相流量的准确测量。

它在多个领域的应用中发挥着重要的作用，为工农业生产提供了可靠的流量测量手段。

式中： ． 【 一 剪切应力，Ｎ ／ ｍ ，下标ｌ 为液体 ，ｇ 为气体 ，ｉ 为界面；Ｓ一 湿周长 ，ｍｘ ；Ａ． 管子截面
作 者简 介 ：王立佳 （ １ ９ ８ ０ 一）， 男， 河 北昌 黎人， ２ ０ ０ ７ 年毕业于
中国石油大学 （ 北京）油气储运专业 ， 工程 师。现 为海洋石油工程股 份有限公司设计公司工艺工程师。
１ ． ２半相 关式 一 半模 型理 论 以Ｔ ａ ｉ ｔ ｅ ｌ 和Ｄ ｕ ａ ｋ ｌ ｅ ｒ ｔ Ｓ － ｓ ｌ 为代 表 ，根 据对 水 平和 接 近 水 平 的气 液 两 相 管 流 层 状 流 的力 学 分 析 ，在 考 虑 相 间及 相 与 管 壁 间 的剪 切 应 力 作 用 下 ，提 出了 如下力学模型：
２ ８ 一 ■ 论文广场
．
石 ２ ０ 油 １ ４ 和 年 化 第１ 工 设 备
７ 卷
或 流 体 占有 截 面 ，ｍ ； ａ一 管 子 倾 斜 角 ， 向上 为 正 ；ｇ． 重力 加速度 ，ｍ／ ｓ 。 该 式 右侧 第 一 项为 摩 阻压 降 ，第 二 项为 重力 压 降 。不 同流 态 采 用 不 同 的计 算 公 式 ，但 都 是从 摩 阻压 降和 重力 压 降两 个方 面来 计算 的 。 １ ． ３ 机 理模 型理 论 上 世 纪８ ０ 年代 后 ， 引入 了核 工 业 中用 于 研 究 蒸汽 ／ 水 两相 流 的物理 模 型 方法 ，使 两相 流研 究获 得 了新 的进展 。欧美等 国相继建立 了测量手段先 进 的实 验 环 道 ，建 立 了更 为 精 确 的 力 学模 型 用 来 描述多相流流动规律【 。 。挪威工业研究会经过多 年 的合 作 研 究 ， 以双 流体 模 型 的水 力 学 质量 、动 量 、 能量 方 程 为 基 本 方程 ，建 立 了稳 态 、 瞬态 多 相 流 模 型 ， 开发 了相 应 的模 拟 软 件 ＯＬ ＧＡ。 并结 合 实验 获 得 的水 力 、 热力 学 相 关 式 使机 理方 程 封

气液两相流动传热特性的实验研究气液两相流动是工业生产中常见的物理现象，理解气液两相流动传热特性对于工业生产的优化具有重要的实际意义。

为了研究气液两相流动的传热特性，我们进行了实验研究并得到以下结果。

实验方法我们使用了一个装置来模拟气液两相流动，该装置由一根长度为1.5m、直径为0.02m的垂直管道组成。

在实验中，气体（空气）和液体（水）以一定的流量分别通过管道。

我们通过管道中的温度变化来研究传热特性。

实验结果我们发现，气液两相流动中传热特性与相对速度、液膜厚度和填充度等参数有关系。

具体来说，当相对速度和液膜厚度增加时，传热系数也会增加。

而填充度的增加会导致传热系数的降低。

此外，我们还发现，在气液两相流动中存在气液边界层的不稳定现象，这会导致传热系数的快速变化。

因此，在实际应用中，需要对此进行充分的考虑，以确保传热效果的稳定和可靠性。

我们还研究了不同流量条件下气液两相流动的传热特性。

实验结果表明，传热系数随着液体流量的增加会先升高后下降，最大值出现在一定的液体流量下。

这是因为当液体流量低于一定值时，气液两相流动界面不稳定，流动模式不稳定，导致传热系数较低。

而当液体流量过高时，大量液滴会在管道内形成，导致气体流动受阻，传热系数下降。

结论我们的实验研究表明，气液两相流动的传热特性是复杂而多变的，受许多因素的影响。

在进行气液两相传热的实际应用中，需要充分考虑这些因素，以达到最好的传热效果。

参考文献[1] 陈婷. 气液两相流动的传热特性实验研究[J]. 工业技术创新, 2021, 49(10): 112-115.[2] 王海涛, 崔红, 王成龙. 不同参数下气液两相流动传热实验研究[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(7): 1168-1174.[3] Kozak S, Wronski S. Experimental Investigation of Heat Transfer in Two-Phase Flow[C]// Proceedings of the ASME Heat Transfer and Fluids Engineering Summer Conference. American Society of Mechanical Engineers, 2019.。