水平管气-液两相分层流底部小破口泄漏预测

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水平管内气液两相螺旋流压降规律实验研究

水平管内气液两相螺旋流压降规律实验研究第13卷第3期2013年1月1671—1815（2013）03-0659-05 科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol.13No.3Jan．2013 2013Sci.Tech.Engrg.水平管内气液两相螺旋流压降规律实验研究王树立饶永超魏鸣姣张琳马维俊（常州大学江苏省油气储运技术重点实验室，常州213016）摘要在气液两相流实验装置上进行了流型和压降的实验。

以空气和水为实验介质，对水平管内气液两相螺旋流的流型进行了研究。

依次得到螺旋波状分层流、螺旋泡状流、螺旋弥散流三种典型的流型图像。

并分析了流型、体积含气率、气液折算流速以及叶轮起旋参数等因素对气液两相螺旋流压降的影响。

最后实验表明，流型是影响压降规律的主要因素，其他因素对压降的影响亦有影响。

螺旋弥散流是压降梯度最小的流型。

以上结果对今后相关的研究以及工程实际应用具有重要的指导意义。

关键词气液两相螺旋流流型压降中图法分类号O359.1；文献标志码B2012年9月6日收到，10月10日修改国家自然科学基金（51176015）和江苏省研究生培养创新工程（CXZZ11_0377）资助第一作者简介：王树立（1957—），男，辽宁抚顺人，博士，教授。

研究方向：石油天然气管道输送。

E-mail ：wsl1957@yahoo．cn 。

气液两相螺旋流是指气、液两种流体在轴向运动的同时叠加了切向（或称周向）速度而形成的旋转运动。

在动力、化工、石油及核工业等领域得到广泛应用，两相流动流型的准确预测以及压降特性等研究对于相关领域的发展以及存在两相流动的工业设备的设计和运行均十分重要［1—3］。

Nissan 和Bresan ［4］（1961）最早研究了管内螺旋流流场。

他们发现流场中心压力总是最低，向壁面或多或少增加，沿下游压力降低。

离中心不到一半半径的地方切向速度达到最大，断面平均环量沿下游衰减。

水平管气液两相分层流界面剪切预测研究进展

2016年第35卷第5期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·1289·化工进展水平管气液两相分层流界面剪切预测研究进展郑平，赵梁（辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺 113001）摘要：水平管气液两相分层流虽流型简单，但由于界面存在复杂的动量和能量传递，分层流的界面剪切预测至今没有一致的结论。

本文从理论模型、实验模型、数值计算3个角度出发，详细阐述水平管气液两相分层流界面剪切预测的研究现状，得出不同研究方法的优势和缺陷。

针对3种研究方法，指出理论模型通过模型简化和经验关联式来建立封闭模型，实验模型则在封闭关系上修正经验关联式，但由于简化假设和实验条件的限制，使得这两种研究方法对界面剪切应力的预测具有一定的局限性；数值计算能够弥补机理模型在流场细节等方面的不足，但能够提供界面剪切预测或封闭关系的工作很少。

此外，对比了5种不同形式的已有模型对气液两相分层流持液率和压降预测的结果。

最后展望了水平管气液两相分层流界面剪切预测的研究趋势，提出理论和实验研究需要提出更详细的局部模型，并考虑工程实际工况进行研究，发展针对气液界面计算的新方法，并为分层流提供封闭关系则是数值计算研究面临的挑战。

关键词：水平管；气液两相流；分层流；界面剪切应力；持液率；压降中图分类号：O 359.1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）05–1289–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.05.004Progress of interfacial shear stress in the gas-liquid stratified flow inhorizontal pipesZHENG Ping ，ZHAO Liang（College of Petroleum Engineering ，Liaoning Shihua University ，Fushun 113001，Liaoning ，China ）Abstract ：The gas-liquid two-phase stratified flow has complex momentum and energy transmission phenomena at interface ，although its pattern is simple. There are still no unified conclusions for interfacial shear stress in stratified flow. Current progress of interfacial shear stress in horizontal pipes were elaborated by theoretical models ，experimental models and numerical simulations. As for theoretical models ，closure models were established by models simplification and empirical correlations. Empirical correlations were corrected with closure relations in experiments. Due to simplifying assumptions and experimental conditions ，there are some limitations in predicting the interfacial shear stress with theoretical and experimental ways. The detailed flow fields were studied by numerical simulations ，but closure relations have been less obtained so far. Five existing models are compared according to liquid holdup and pressure drop. The future research trends of gas-liquid two-phase stratified flow interfacial shear stress in horizontal pipes were further discussed. More detailed local models are needed to be proposed and engineering practice should be taken into account. It is necessary to develop new methods of gas-liquid interface calculations and closure relations for numerical simulations.Key words ：horizontal pipe ；gas-liquid flow ；stratified flow ；interfacial shear stress ；liquid holdup ；pressure drop第一作者及联系人：郑平（1973—），女，博士，副教授，主要从事多相流体力学应用研究。

水平管气—水两相流实验

水平管气—水两相流流型实验一、实验目的了解多相流实验室的空气/水两相流环道实验装置的流程及其基本的设备，通过气-水两相流实验，观察流型，从感性上认识流型。

二、实验准备本实验涉及多相流的相关知识概念。

学生在实验课之前，须认真学习《油气集输》中关于油气混输管路的有关章节。

三、实验装置介绍多相流实验装置由桁架、环道系统、供气系统、供水系统和数据采集/监控系统组成。

详细可观察到其中四种流型，包括分层光滑流、分层波浪流、段塞流和环状液雾流。

实验中观察到的流型描述本实验所选择的气相折算速度范围为2.4m/s~22.55m/s，液相折算速度范围为0.03~0.3m/s。

●分层光滑流（Stratified smooth，SS）：在实验中，当液相折算速度小于0.06m/s，气相折算速度小于3m/s时，可以观察到分层光滑流。

在这种流型中，液体在管底流动，同时气体在液体上部流动，两相之间没有掺混，气液界面光滑。

在本实验条件下分层光滑流型非常难以稳定，在气速较低的情况下，由于水罐的位差作用经常在管路中造成回流，因此本文未研究从分层光滑流型向分层波浪流型的转化。

●分层波浪流（Stratified wavy，SW）：随着气相流速的增加，界面出现波动，此时流型为分层波浪流（SW），由于液体表面上小波浪的出现，界面变得粗糙，通常在液体表面上也能看到小的气泡。

当气相折算速度大约上升到6m/s左右时，液层开始爬上管壁，液高慢慢降低，界面变得更加粗糙。

在液体表面上移动的小波浪不稳定，它们成组的出现，移动短短的距离后消失，其相分率信号曲线见图5.1。

随着气速的增加，波浪变成很密集的细碎小波浪，气流吹起的液滴附着在管顶上，又很快沿管壁流下。

此时流型为环状管壁流（annular wall，AW），气速越高，管顶上聚集的液滴越多，但液滴并没有连成一片。

此时的相分率曲线与波浪流的曲线非常相似，经过肉眼观察，在气相折算速度达到8m/s左右时，管顶开始出现小液滴。

第6章水平气液两相管流.

l
Dg
—两相流动中，液相的沿程阻力系数；
g —两相流动中，气相的沿程阻力系数；
Dl —单相液流的水力相当直径； vl —液相的实际速度；
L—管路的长度；
—单相气流的水力相当直径；
v g —气相的实际速度；
l —液相的密度；
g
—气相的密度。
洛克哈特—马蒂内利方法
液相和气相的实际速度，由以下两式计算：
3 ．层状流气体量再增多，气团连成一
片。气相与液相分成具有光滑界面的气体层和液体层
4．波状流气体量进一步增多，流速提
高，在气液界面上引起波浪。
流动型态
5．冲击流又称段塞流，气体流速更大
时，波浪加剧。波浪的顶部不时可高
达管壁的上部。此时，低速的波浪将
阻挡高速气流的通过，然后又被气流吹开和带走一小部分。被带走的液体，
5 n 2
l
p l2psl

2 l
—分液相折算系数。
洛克哈特—马蒂内利方法
同理
p m2 D D psg g

5 m 2 g
或
m2 D p 2 D psg g

5 m 2
g
所以
2 p g psg
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

水平气液两相管流流型转变实验研究

水平气液两相管流流型转变实验研究刘家豪201123060316【摘要】综述了国内外水平气液两相流的发展状况，以及水平气液两相流型的划分方法，并通过实验对水平管的空气-水两相流进行了研究，观察了水平管内气液两相流的流动现象，划分出流型，分析了流型转变影响因素并根据实验结果绘出流型图，并与传统的试验结果进行了比较，表明有类似的特征，进而提出预测能力更强的流型转换式。

【关键词】水平管气液两相流流型转换特性两相流研究中，流型研究具有重要价值，他不仅影响着流动参数的准确测量和流动系统的运行特性，还影响着两相摩擦阻力、界面含气率、热交换系数等参数的准确计算和理论模化。

在工程应用中，流型与两相流压降有直接的关系，因此对流型的研究至关重要。

本文通过实验对水平气液两相管流流型进行了研究，以空气-水位工质，观察水平管道中气液两相流的变化情况，认识各种流型和学会划分流型，通过记录的各项试验数据如气液两相流量，压力，温度等对流型转换界限进行研究，并提出了适合本次试验的流型转换式。

1水平气液两相流型的划分和判别1.1水平管道中气液两相流型划分在水平管道中的气液两相流，由于重力影响而产生的相对不对称性，水平或平管道中所观察到的流型变得复杂化。

经过上面几种流型划分，我们选择比较简单的Oshinowo流型划分方法将水平或近水平管道中的流型划分为6类，泡状流，塞状流，分层流，波状流，弹状流和环状流。

1.2平管道中气液两相流型判别方法1.2.1 Baker流型图1958年，Baker提出了一幅通用于各种介质的水平管流型分界图。

该图在提出后相当长的一段时间内获得了广泛应用。

Baker将流型分为：气泡流、气团流、分层流、波浪流、冲击流、环状流和弥散流。

1.2.2 Mandhane流型图Mandhane综合分析了6000多个实验数据于1974年提出了适用范围更广泛流型图。

2实验部分2.1实验目的为了观察水平管气液两相流的流型和对气液两相流流型转换规律的研究，本次实验以空气-水为介质对气液两相流进行了实验研究。

水平管内气液两相流影响滑脱损失的实验研究

水平管内气液两相流影响滑脱损失的实验研究文雅;罗威;王景礼;廖锐全;鲁晓华【摘要】为了探究滑脱损失在水平管中对气液两相流动存在的影响,减小滑脱带来的损耗,通过利用多相流实验设备,采用水-空气为流动介质,对水平管条件下的气液两相流中的滑脱损失进行了实验研究.在采用杜克勒Ⅰ法无滑脱压降模型的理论基础上,结合实验所得数据,利用滑脱密度、滑脱压降和滑脱压降比三个参数分别对不同管径、不同液体表观速度以及不同气液比条件下的滑脱损失进行了分析.结果表明:在相同气体表观速度条件下,最大滑脱损失会随管径的增大而增大;当气体表观速度一定,液体表观速度越大时,滑脱损失在管线的整体压降中产生的影响越大;在液体表观速度不变,气液比改变时,可根据滑脱压降大小判断滑脱损失影响;水平管中滑脱损失变化与滑脱密度之间没有明显的关联性;水平管中段塞流型相较于层状波浪流会产生更大的滑脱损失.所得成果可为工程设计、实践提供参考.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2019(019)004【总页数】6页(P115-120)【关键词】水平管;气液两相流;滑脱损失;压降;气液比【作者】文雅;罗威;王景礼;廖锐全;鲁晓华【作者单位】长江大学石油工程学院,武汉430100;中国石油天然气集团公司气举试验基地多相流研究室(长江大学),武汉430100;长江大学石油工程学院,武汉430100;中国石油天然气集团公司气举试验基地多相流研究室(长江大学),武汉430100;吐哈油田分公司工程技术研究院,鄯善838202;长江大学石油工程学院,武汉430100;中国石油天然气集团公司气举试验基地多相流研究室(长江大学),武汉430100;中国石油川庆钻探工程有限公司苏里格项目经理部,鄂尔多斯017300【正文语种】中文【中图分类】TE832气液两相流是一种工业领域中普遍存在的流动[1].，其最重要的工艺参数计算是持液率计算以及压降计算[2]。

现如今，很多油气的开采方式采用了水平井技术，包括在长宁-威远和昭通国家级页岩气示范区[3]。

研究低液量气液两相流在水平管道

低液量水平管气液流动研究气液两相流在油气流体输送中广泛存在。

湿天然气管道是在近水平状态可较准确预测持液率，同时可更好地预测压力损失的下游加工装置。

最重要的参数是管道的形状（管径和方向），气体和液体的物理性质（密度，粘度和表面张力）和流动条件（速度，温度和压力）。

两相流模式通常应用在近水平管道低液量条件下的分层流和环状流。

低液量通常指液量小于1100米3/米3毫米（200桶/标准立方英尺）。

目前利用低液量气液在向下倾斜1°的管道流动来进行气液两相流研究。

测量参数包括气体流量，液体流量、压力、压差、温度、持液率、管湿周，液膜流速、液滴夹带率和液滴沉积率。

在低流速和液体负荷大于600米3/米3毫米空气流中观察到一个新的现象：持液量随气速的增加。

为了研究对流动的液体性质的影响，Meng对气液两相流实验结果与空气流量的结果进行比较。

（1999，“低液量水平管气液两相流”博士论文，美国塔尔萨。

）[DOI：10.1115/1.1625394]简介气液两相流广泛存在于油气流体输送。

大部分的输油管道非常近水平位置。

本研究的是调查、研究低液量气液两相流在水平管道的流动。

测试设备用于水平和近水平管低液量气液两相流研究的室内试验设施。

测试流程环。

压缩空气作为气相。

经过计量，将水和压缩空气送入混合管，混合管里的水与压缩空气相结合，形成一个气液两相混合物。

通过试验段后，混合物进入分离器。

试验段采用透明亚克力管。

管道的内径是50.8毫米-2in。

试验段设置32psig的压力安全阀保护。

试验段为19m(62英尺)长，包括10.6m（35英尺）长（L / D5 210）的开发部。

图1显示了低液量两相流装置示意图。

图1 低液两相流装置示意图仪器仪表和数据采集。

独立的测试参数包括在天然气计量段的气体和液体的流速和压力和温度。

相关参数如下：混合气的压力和温度、液滴夹带分数、总的持液率和压力降。

一部分的测试和仪表示意图在图2中给出了。

关于水平管道两相流流型判别的问题

科学管理2016年第12期关于水平管道两相流流型判别的问题马鲁英张丽西安石油大学油气储运工程陕西西安710065摘要：本文说明了水平管道气液两相流流型的分类方法和它的转换理论。

关键词：水平管道两相流流型判别水平管道气液两相流中其气液流动的状态是十分复杂且多变的，正是因为多变和复杂，所以对于流型的研究才具有重大意义。

在实际工程上，与流型有直接关系的主要是两相流压降，因此对两相流压降的计算，在两相流流型研究中具有重要的作用，可以解决一系列流动问题。

目前，在许多行业的生产中，生产设备和过程中都或多或少的出现了气液两相流动工况。

气液两相介质在流动过程中，受流型影响的方面很多，因此研究两相流流型以及对流型的识别时，对气液两相流介质参数的测量是一个重要的研究方向。

与此同时，两相流流型以及对流型的识别在相关领域的工业生产过程中的安全运行提供了可靠的技术支持。

1流型的分类流型之所以会复杂多样化，是因为气液两相之间的界面会不断发生变化，并且两相介质的分布状态也在不断改变在气液两相流的流动中。

不仅如此，流型还和管道倾斜的程度、管道横截面的形状特征、管道的尺寸大小、介质所处的重力场、介质的表面张力强度等有关系。

由于流型的种类比较复杂且变化繁多，不同的学者从其自身的研究角度出发进行研究，所以对于流型分类的研究也就存在一些差异。

在重力场的作用下，气液两相在水平管道中流动时，流型会变得复杂化。

O shinow。

在综合和发展了其他研究者的基础上，将水平管中的气液两相的流动形态大致分为以下几种：环状流、弹状流、气泡流、波状流、层状流和塞状流。

2流型及其转换的理论判别在管道中，由于介质的物理性质、流动的参数和流道的形状、位置等都会影响流动的状态，所以气液两相流的流动状况十分复杂多变。

其中任意一种因素发生改变，都会改变两相流的流型。

因此在对于两相流流型研究过程中，其问题的关键主要体现在对于流型的划分、流型的定义、流型的识别和流型过渡准则等的确定上。

起伏管路中气液两相流弹状流特征参数测量方法研究

起伏管路中气液两相流弹状流特征参数测量方法研究1. 引言1.1 背景介绍气液两相流是工程领域中一个重要的研究课题，其在化工、石油、核能等领域都有着广泛的应用。

在起伏管路中，气液两相流在管道内不断变化，形成了复杂的弹状流现象。

了解气液两相流的特征参数对于管路设计和工艺优化具有重要意义。

过去的研究多集中在气液两相流的流型识别和流型转移规律研究，对于起伏管路中气液两相流的特征参数测量方法的研究相对较少。

准确测量气液两相流的特征参数是理解气液两相流行为、优化管道设计的重要基础。

本文旨在探讨起伏管路中气液两相流的特征参数测量方法，通过实验装置和方法的设计，对气液两相流的特征参数进行测量和分析，以期为气液两相流的研究提供新的思路和方法。

1.2 研究意义气液两相流在化工、石油、航空航天等领域具有重要的应用价值，对气液两相流特征参数的准确测量具有重要意义。

起伏管路是两相流中常见的传热传质设备，在起伏管路中气液两相流呈现出多种复杂的流动特性，如弹状流现象。

弹状流是气液两相流中的一种特殊现象，对流体的传热传质性能和流动特性有着显著影响。

研究起伏管路中气液两相流的弹状流特征参数测量方法，不仅可以深入了解气液两相流的流动规律，还可以为起伏管路的优化设计和工程应用提供重要的依据。

本文旨在探讨起伏管路中气液两相流弹状流特征参数的测量方法，为进一步研究气液两相流的流动特性提供参考和指导。

通过本研究，预计可以为提高气液两相流传热传质性能、优化传热设备结构和提高设备的运行效率提供技术支持和理论基础。

1.3 研究目的研究目的是为了更深入地了解起伏管路中气液两相流弹状流的特征参数测量方法，并探讨其中的规律性和影响因素。

通过研究，我们希望可以找到更准确、更有效的测量方法，为工程实践提供更可靠的数据支持。

我们也希望可以通过对气液两相流的特征参数进行分析，揭示其中的机理和规律，为工程设计和优化提供理论参考。

通过本研究，我们希望可以为起伏管路中气液两相流的研究和应用提供重要的参考和启示，推动相关领域的发展和进步。

输水管道气液两相流波动性分析

输水管道气液两相流波动性分析摘要:文章从两个方面分析了输水管道的两相流波动性,针对有压供水含气管道的波动特征和流动模型对波动性进行了分析。

根据压差波动性得出流型识别的方法,并进一步分析了各流型的波动特性。

关键词:输水;两相流;波动性90年代以来,我国给水事业在许多方面都有了飞跃的发展,并取得了接近或达到国际先进水平的成果,但水的安全输配还有许多问题至今还不能用理论很好地解决,尤其是有压输水管道气水两相流流态不能用完善的理论来解释,两相流压力变化的难控性往往造成事故隐患,导致巨大经济损失。

气液两相流流动要比均质流动复杂得多,由于两相流的同时存在使流体力学理论和经验分析也比较复杂,这主要是由动力波和两相间管道内壁间的相互作用造成的。

在过去几十年中许多专家学者对两相流动进行了广泛的研究和实验分析,然而几乎没有发现并精确地预测它们之间的相互关系。

由于气液两相流技术有巨大实用价值和较高的经济效益,系统地对其进行分析具有重要的意义。

1气液两相流中的密度波两相流管道中的流体变化有两种表现方式,分别是密度波和压力波。

密度波是由两相流体空隙度变化导致密度变化而产生的,其传播方向只有一个,又称为空隙度波或连续波;压力波是由压缩效应引起流体密度变化而产生的波。

密度波能反映两相流的本质特征,比压力波更常见,两相流中的许多现象都与其有关,如流型转变和密度波型脉动等现象,当其传播速度为零时两相流出现所谓的运动阻塞[1]。

1.1密度波的线性理论研究气液两相流的密度波时,一般将气相作不可压缩处理,因此可区别于压力波,但密度波本质上是非线性的,其特征线会相交,波动发展会形成间断。

对密度波进行完整的非线性分析很难得到精确解,但对其线性分析可推断出密度波的非线性特征。

利用简化的双流体模型可以很好的对密度波线性分析,如Pauchon 和Banerjee[1,2]通过多区域平均模型对单维两相流进行密度波的线性分析,取得的结果十分合理。

拉赫易[3]也分析了密度波的两个特征波速,他进一步指出,相同角频率的密度波其传播速度并不相同。

水平井气、液或两相流流入动态关系概要

虽然油藏模拟可以提供更准确和详细的油气井产能结果，但解析模型由于对井的动态估测快捷，实用和合理而被广泛应用。

解析模型尤其适用于研究单井设计和动态优化。

与直井模型相似，水平井解析模型是在特定的条件下形成的。

水平井的IPR方程分两种边界条件，稳定渗流条件（定边界压力）和拟稳定渗流条件（边界无流动）。

对每一种条件，给出了油井和气井的IPR方程，在拟稳定流条件下给出了水平井IPR两相流对比。

在本篇文章中对不同模型结果进行对比，同时也讨论了IPR方程的限制条件和IPR 方程的适当运用。

对每种流体系统，例举了流动特性是怎样随流动区而改变的，例子同样显示了相关参数对水平井流入动态的影响。

这些公式对油藏和采油工程师在水平井的生产实践中的应用非常有价值。

简介在开发一个新油田中，设计一口新井和优化油气井动态是预测井动态的重要步骤之一。

我们可以运用油藏模拟模型或者解析模型预测井动态。

虽然油藏模拟一般可获得更精确和详细的结果，但是与解析模型相比，它要求输入大量信息，花费更多的时间和精力。

因此，解析模型经常用于预测井动态，尤其是对单井的研究。

解析模型是基于对边界条件和流体类型的假设而发展起来的，也就是对IPR的研究。

将IPR方程应用于水平井，借鉴了相似的直井模型的边界条件（定边界压力的稳定流和无边界流动的拟稳定流），此模型可用于微可压缩流体（油井），可压缩流体（气井）和两相流井。

直井和水平井模型相比有两个主要的不同点在水平井模型中是被考虑的，它们是水系型式的改变和渗透率的各项异性。

对于单相流体，水平井的产能可直接通过数学模型估算。

另外，复杂的相对渗透率导致解决IPR两相流的困难。

水平管内气液两相流流型研究综述

题目: 水平管内气液两相流流型研究综述摘要：气液两相流的研究对工业技术很大的意义，流行的确定与研究对进一步揭示两相流的一些基本规律，深入研究流动和传热特性，推动两相流的发展和研究。

阐述国内外两相流流型的研究状况，主要对水平管内两相流型（分层流、段塞流、弹状流、环状流和分散泡状流）作综述，所采用的试验方法，各流型的形成以及相互转换的机理。

关键词：两相流流型水平管流型形成流型转换Abstract: The gas-liquid two-phase flow of great significance for industrial technology, to determine the prevalence and research further reveals some of the basic rules of two-phase flow, in-depth study of flow and heat transfer characteristics, and promote the development and study of two-phase flow. Elaborate flow pattern study abroad situation, the main type of two-phase flow in horizontal pipe (stratified flow, slug flow, slug flow, annular flow and dispersed bubble flow) for review, the test method used , and the flow pattern is formed in the conversion mechanism. Keywords:Two-phase flow patterns horizontal pipe flow pattern formingflow pattern Conversion一、前言气液两相流的研究，是随着工业技术需要发展起来的，特别是上世纪40年代，由于动力工程、化学工程、石化工程、原子能工程、航天工程及环境工程的兴起，气液两相流研究日益受到重视，促使其形成一门完整的应用基础学科。

水平管道两相流模型与试验研究

水平管道两相流模型与试验研究一、本文概述本文旨在探讨和研究水平管道中的两相流模型及其相关试验。

两相流是指在一个共同的流动通道中，同时存在两种不同相态的物质（如固体和液体、液体和气体或固体和气体）同时流动的现象。

这种现象在许多工业领域中具有广泛的应用，如石油、化工、能源、环保等。

对水平管道中两相流模型的研究具有重要的理论价值和实际应用意义。

本文将首先介绍两相流的基本概念、分类及其特性，然后重点分析水平管道中两相流的流动特性、影响因素及其模型建立。

在此基础上，我们将对水平管道两相流的试验研究方法进行详细介绍，包括试验设备、试验步骤、数据处理和分析方法等。

我们将对试验结果进行深入的讨论和分析，以验证所建立的两相流模型的准确性和有效性，为实际应用提供理论基础和指导。

二、水平管道两相流基础理论水平管道中的两相流是指在一个共同的流动通道中，同时存在两种不同相态的物质（如液体和气体）进行混合流动的现象。

这种流动现象广泛存在于工业过程中，如石油、化工、能源、环保等领域。

为了深入理解和优化这类流动过程，建立准确的两相流模型并进行试验研究至关重要。

连续介质模型：连续介质模型是两相流研究中最常用的模型之一。

该模型将液体和气体视为一个连续的统一体，通过引入相应的相变参数（如体积分数、密度、粘度等）来描述两种物质之间的相互作用和流动特性。

该模型能够方便地应用流体力学的基本理论，如动量守恒、能量守恒等，进行流动分析和计算。

界面追踪模型：界面追踪模型则更加关注两相之间的界面变化。

它通过对两相界面的精确追踪，能够详细描述液滴或气泡的生成、长大、变形、破碎以及相互之间的碰撞、合并等动态过程。

这种模型在描述高速、高浓度或复杂形态的两相流时具有较高的精度，但也面临着计算量大、计算稳定性差等挑战。

统计力学模型：统计力学模型则试图从微观粒子运动的角度来描述两相流。

它通过对大量粒子运动的统计分析，得到宏观流场的运动规律。

这种模型在描述两相流中的湍流、扩散、传热等复杂现象时具有一定的优势，但需要较为深厚的数学和物理基础。

基于实验研究的油气钻采水平两相流管道泄漏声发射检测

第３３卷　第１期２０２１年２月中国海上油气ＣＨＩＮＡＯＦＦＳＨＯＲＥＯＩＬＡＮＤＧＡＳＶｏｌ．３３　Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０２１　国家重点研发计划“海洋油气开采工艺设施安全及完整性检测、监测技术及装备（编号：２０１７ＹＦＣ０８０４５０３）”部分研究成果。

第一作者简介：张源，男，在读硕士研究生，主要研究领域为声发射泄漏检测技术。

地址：山东省青岛市黄岛区长江西路６６号中国石油大学（华东）（邮编：２６６５８０）。

Ｅｍａｉｌ：ｕｐｃｚｈａｎｇｙｕａｎ＠１６３．ｃｏｍ。

通信作者简介：徐长航，男，教授，主要从事油气安全工程信息化方面研究。

地址：山东省青岛市黄岛区长江西路６６号中国石油大学（华东）（邮编：２６６５８０）。

Ｅｍａｉｌ：ｃｈｘｕ＠ｕｐｃ．ｅｄｕ．ｃｎ。

文章编号：１６７３１５０６（２０２１）０１?０１５８?０８ＤＯＩ：１０１１９３５／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３?１５０６．２０２１．０１．０２０基于实验研究的油气钻采水平两相流管道泄漏声发射检测张　源１　杜莎莎１　顾纯巍２　夏　强２　刘鹏谦１　徐长航１（１．中国石油大学（华东）机电工程学院　山东青岛　２６６５８０；　２．中海石油（中国）有限公司钻完井办公室　北京　１０００１０）张源，杜莎莎，顾纯巍，等．基于实验研究的油气钻采水平两相流管道泄漏声发射检测［Ｊ］．中国海上油气，２０２１，３３（１）：１５８１６５．ＺＨＡＮＧＹｕａｎ，ＤＵＳｈａｓｈａ，ＧＵＣｈｕｎｗｅｉ，ｅｔａｌ．Ａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｇａｓｌｉｑｕｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｐｉｐｅｌｉｎｅｌｅａｋａｇｅｂａｓｅｄｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＯｆｆｓｈｏｒｅＯｉｌａｎｄＧａｓ，２０２１，３３（１）：１５８１６５．摘　要　气液两相流管道在油气钻采、运输中应用广泛，但对其泄漏检测的研究较少。

本文通过搭建水平气液两相流泄漏实验系统，利用声发射（ＡＥ）检测原理对气体压力、流型、泄漏孔径、泄漏位置等因素对泄漏声发射信号的影响进行了实验研究，提出通过经验模态分解（ＥＭＤ）去噪并用小波包分解（ＷＰＤ）提取声发射信号特征输入ＢＰ神经网络进行泄漏存在性、泄漏流型识别。

气液两相流管道泄漏瞬态模型及数值计算

气液两相流管道泄漏瞬态模型及数值计算蔡永桥;卢进;王庆;孙晓阳;曹学文【摘要】气液两相流管道一旦有泄漏发生,管道压力、截面含液率及流速等参数均会发生改变,分析泄漏过程中气液两相流的瞬态变化对于探究管道泄漏特征、实施两相流管道泄漏检测与定位具有重要意义.对气液两相流泄漏过程进行瞬态分析,在双流体模型的基础上建立气液两相流泄漏系统数学模型,利用隐式差分法求解控制方程,并用C++编程计算气液两相流泄漏数值解,分析分层流条件下泄漏对管道压力、截面含液率、气液相流速等参数的影响,将数值计算结果与气液两相流泄漏实验数据进行对比.结果表明:管道泄漏后,泄漏点下游管道压力、截面含液率、气液相流速等参数值均下降,且数值计算结果与实验数据趋势一致,证明所建立的泄漏模型适用性较好.【期刊名称】《石油工程建设》【年(卷),期】2017(043)006【总页数】7页(P27-33)【关键词】气液两相流;分层流;泄漏模型;数值计算;实验研究【作者】蔡永桥;卢进;王庆;孙晓阳;曹学文【作者单位】中海油能源发展装备技术有限公司,天津300459;中海油能源发展装备技术有限公司,天津300459;中海油山东化学工程有限责任公司,山东济南250014;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东青岛266580【正文语种】中文油气混输管道作为一种高效、安全、经济、环保的运输手段，在石油、天然气等能源运输中发挥着重要的作用。

到目前为止，油气多相流混输管道已成为国内外海底管道的主要运输方式。

管道泄漏问题一直是管道安全生产维护领域的难题，且事故发生率较高，老化、腐蚀、磨损、焊接缺陷、设计缺陷、运行超过设计极限及故意破坏等多种原因，都会导致管道的泄漏，进而造成严重的后果[1-2]。

在油气混输管道的运行管理中，及时检测到管道泄漏并定位，是管道安全运行的必要前提[3]。

气液两相流管道流型多，流动参数之间的关系复杂，一旦有泄漏发生，其压力、持液率、介质流速等参数值发生改变，影响泄漏检测的精度及灵敏度。

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主要测量参数包括：主管路气相流量Ｇ，ｋ／ｇ；主管路液相流量Ｌｇ；通过破口ｓ，ｋ／ｓ泄漏的气相流量蝎Ｇｋ／；，ｇｓ通过破口泄漏的液相流量Ｍ３，ｋ／；破口两侧差压 △ ｌａＬｇｓＰ３，Ｐ。破口泄漏两相流体质量流量由下式计算
用下，一小部分流体经由破口进入包围测试管段的环室中。流体收集环室与小型气．液计量分离
验的破口一般都为长度大于０３的短管，０ｍ而不是真正意义上的破口，而且整个实验段一般比较短（小于ｌ，流动未充分发展ｌＪ０ｍ）２。因此，这，些实验研究与实际多相流管道上发生的破口泄漏有很大的差距。本文设计了新型泄漏测试装置，破口直接布置在管壁底部，通过大量实验测量了流速未达到临界流动时，分层流型下气－液两相流体通过底部破口的泄漏数据，并建立了泄漏多相
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第２９卷第３期
２ＯＯ８
核动力工程
ＮｕｃｅｒＰｏｒＥｎｇｎｅｉｇｌａｗｅｉｅｒｎ
Ｖｂ．２．Ｎｏ３１９．Ｊｎ．２８ｕ００
年６月
文章编号：０５－９６２０）３０６．４２８０２（０８０－０９０
２实验装置与系统
为了测量破口泄漏流体的质量流量和含气
率，设计了泄漏测量装置，并在气．液两相流实验
收稿日期：２０－６１；修回日期：２０—９１０７０．９０７０ —０
基金项目：国家自然科学基金项目资助（０７０１５３６５）
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Ｍ３＝Ｍ３３Ｇ＋Ｌ（）１
候］
图２分别为Ｓｏｌ提出的破口ｍｇｅｉ质量含气率公式与Ｒｌ５３ｅｐ．Ｄ推荐公式预测结果的对比，可ａ见不同关系式预测结果差别很大。这表明，影响破口质量含气率的因素很复杂，很难用简单的函数关系来描述。而神经网络具有学习能力及自适应性、容错性、冗余性等优良特性。因此，本文尝试构建径向基函数神经网络模型来映射破口质量含气率与气．液界面高度ｈ及起始夹带时临界高
量流量由修正的两相流孔板公式计算。实验结果表明，质量含气率及流量预测值与实验吻合良好。
关键词：气．液两相分层流；破口；泄漏；流量；含气率；神经网络
中图分类号：Ｔ２Ｋ１１文献标识码：Ａ
１前
言
美国三哩岛核事故的发生，使人们对小破口失水事故日益重视。水平管出现破口后，由于重力作用，在管内易形成分层流。不同方位的破口的泄漏特性有很大差别…。当破口位于管壁底部
大量实验研究发现，破口质量含气率与气．液界面高度ｈ与起始夹带时临界高度ｈ的比值有ｂ
关，１，，即：＿
范围为５１／；液相折算速度范围为０２～３ｍｓ．２００１／．ｍｓ０，流型为分层流。破口两侧差压未达到临界流动。０Ｐ
管道上进行了实验。实验气相介质为空气，液相介质为水。来自压缩机的气相和循环水泵的液相经计量后在气．液混合器中混合，随后进入测试
段。破口实验装置安装于测试段，图ｌ为破口实验装置示意图。测试段管路直径为４ｉ，０ｌ上下ｍｌ游法兰分别和两相流管路上下游连接。采用直径为２５ｍｌ的圆孔模拟破口，破口布置在管壁底．ｉｌ部。两相流体流经测试段后，在破口内外差压作
水平管气．两相分层流底部小破口泄漏预测液
梁法春一，王栋２宗虎２，林
（．国石油大学储运与建筑工程学院，山东东营，２７６；２１中５０１．西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，西安，７０４）１０９
摘要：对分层流型下破口位于水平管底部的气．两相泄漏量进行了实验测量和理论预测研究。液设计了新型破口泄漏测量装置，测试管道直径为４ｎ，采用布置在管壁上的直径为２５ｍ／的圆孔模拟破口，避免０ｉｔｏ．ｉｉ了传统泄漏测量装置用短管代替破口从而导致实验模拟与实际泄漏工况出现较大偏差的缺点。提取了气．液界面高度和破口两侧差压作为特征参数，构建了径向基函数神经网络，对破口质量含气率进行了预测，破口质
时，存在一个临界高度，若破口距气－液界面的垂直距离ｈｈ，口泄漏流体为单相液体；当＞ｂ破ｈｈ时，气体在漩涡效应下也会被夹带进入破＜ｂ口，此时泄漏流体为气．液两相流【。破口泄漏的２】气．液两相流量预测具有非常重要的意义，但也是
一
个未能很好解决的难题【。以往研究中模拟实３】
７０
核动力工程
Ｖｌ２．ｏ３２００ｌ＿９Ｎ．．０８
器相连，泄漏气相流量由安装在分离器上部的文丘里喷嘴气体流量计测量，液相流量在分离器下部通过称重法获得。实验管路中气相折算速度
３２破口质量含气率的确定．
下兰
ｌＩ：破／口
／
卢 …
ｌＩ
气体流量计计量分离器／Ｕ型水封
流体质量流量和含气率预测模型。
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图１破口测量装置示意图
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