倾斜管内多相流流型研究.pdf
- 文档编号:14656611
- 上传时间:2023-06-25
- 格式:PDF
- 页数:4
- 大小:7.30MB
倾斜管内多相流流型研究.pdf
《倾斜管内多相流流型研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《倾斜管内多相流流型研究.pdf(4页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
第36卷第1期辽宁石油化工大学学报Vol.36No.12016年2月JOURNALOFLIAONINGSHIHUAUNIVERSITYFeb.2016文章编号:
16726952(2016)01003403投稿网址:
http:
/journal.lnpu.edu.cn倾斜管内多相流流型研究常方圆1,马贵阳1,安利姣1,孙淼2,冉龙飞1(1.辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺113001;2.沈阳农业大学,辽宁沈阳110866)摘要:
目前对集输管道多相流流型的划分还不明确,影响因素也很多,而流型的确定对管内参数的计算影响很大,因此对多相流流型进行研究具有重要的意义。
使用VOF模型模拟了倾斜角分别为10、20和30的上倾斜管,得到了不同流动时间的相分布云图。
对云图进行分析的结果得知,随着流动时间的增加,流型先从气泡流转化为波状流,最后再由波状流转化为段塞流;倾斜角对多相流的流型有一定的影响,倾斜角越大流型越明显。
关键词:
多相流;倾斜管;倾斜角度;VOF模型;云图中图分类号:
TE832文献标志码:
Adoi:
10.3969/j.issn.16726952.2016.01.008TheMultiphaseFlowinInclinedPipeChangFangyuan1,MaGuiyang1,AnLijiao1,SunMiao2,RanLongfei1(1.CollegeofPetroleumEngineering,LiaoningShihuaUniversity,FushunLiaoning113001,China;2.ShenyangAgriculturalUniversity,ShenyangLiaoning110866,China)Abstract:
Recently,itisnotclearonmultiphaseflowpatternclassificationingatheringpipeline,therearemanyinfluencefactors,butthedeterminationofflowpatternhasacertaininfluenceonthecalculationofparametersoftube,thereforethestudyofmultiphaseflowpatternisofgreatsignificance.UsingtheVOFmodeltosimulatedifferentangleofinclinedtube,thetileangelwasrespectively10,20and30,anditwasconcludedthatthephasedistributionnephogramofdifferenttime.Throughtheanalysisofcloudimagetheresultsshowedthatwiththeincreaseoftime,flowpatternfrombubbleflowedtowaveflowandthentoslugflow.Theanglehadacertaininfluenceonmultiphaseflowpattern.Thegreatertheanglewas,themoreobvioustheflowpatternwas.Keywords:
Multiphaseflow;Inclinedtube;Tiltangle;VOFmodel;Thecloudimage自然界中的许多流动都涉及到多相流1,多相流体系也广泛应用于石油、化工、能源、冶金、环境保护和轻工业等诸多领域,这些领域对多相流的工艺计算以及相关技术的需求非常迫切2。
在单相流动中,可以采用不同的物理模型对流型进行理论分析,但是从油井开采出来的原油纯度很低,通常夹杂着泥沙、含盐的油层水和天然气,因此原油的流动属于非常复杂的多相流流动3-4。
两相流在管内的分布很复杂,两相流应分为多少种流型、流型间的界限应如何划分,对此目前还没有统一的标准。
三相流在管内的分布更复杂,对油气水三相流可以依据两相流流型的分类方法将其流动分成若干流型。
三相流中的各相在管内的分布和结构特征多种多样,有一定的随机性,加之对流型的确定或多或少带有一定的主观臆断成分5-6,不同的流型其能量损失及其机理也不同,所以计算压降时采用不同的计算式7。
我国部分地区的土地不是很平坦,所以在此地铺设的输油管道不可能完全是水平的,有些管道甚至是铺设在山地上,此时管道与水平线的夹角有可能接近908。
在管路沿线存在起伏时,原油大量聚积在低洼和上坡管段内,使气体的流通面积减小,如果流速变大,则有可能造成较大的磨擦损失和滑脱损失,而且影响多相流流型9-11。
Mukherjee和Brill通过实验得出了M-B关联式,并根据此关联式绘制了以空气-煤油为介质、管路向下倾斜70时的流型分界图12-13。
同时,给出了用此方法判断流收稿日期:
2015-01-06修回日期:
2015-06-15作者简介:
常方圆(1989-),女,硕士研究生,从事多相流方面的研究:
E-mail:
1051877083qq.com。
通信联系人:
马贵阳(1965-),男,博士,教授,从事计算流体力学及多孔介质传热传质等方面的研究;E-mail:
guiyangma1163.com。
体在管道中流型的步骤。
铺设在山地上的管道可分为上倾斜管道和下倾斜管道,本文使用VOF模型对上倾斜管内的油气水三相流进行模拟并对其结果进行分析。
1模型的建立1.1物理模型流体具有黏性,为了得到精确的模拟结果,对靠近管道壁面处进行了边界层网格划分。
然后,以Elements:
Quad和Type:
Map的网格划分方式对其进行面网格划分。
倾斜管的网格模型如图1所示。
图1倾斜管的网格模型1.2数学模型假设管道横截面各点的流动参数相等。
流体的流动遵循三大守恒定律,即质量守恒定律、动量守恒定律及能量守恒定律。
连续性方程:
l(A)dl+t(A)=0
(1)式中,A为管路截面积,m2;为流体的速度,m/s;为流体的密度,kg/m3;t为时间,s;l为长度,m。
动量方程:
pl+sA+gsin+1Al(A2)+1At(A)=0
(2)式中,p为压力,Pa;s为湿周,m;为管道与水平面间的夹角,();为流体与管壁的剪切应力,N/m2。
能量方程:
dQ=lA(u+22)dl+l(Ap)dl+tA(u+22)dl+Agsindl(3)式中,Q为控制体吸收的内能,J;u为单位质量流体的内能,J。
2模拟结果及分析倾斜管道的模型较为简单,只需设定入口边界条件和出口边界条件,入口采用velocity-inlet入口边界,出口为outflowde的充分发展边界条件。
对倾斜角分别为10、20和30的管道内的油气水三相流进行了模拟,结果如图2-4所示。
(a)油相分布(b)气相分布(c)水相分布图2倾斜角为10的管道内油气水三相分布云图(a)油相分布(b)气相分布53第1期常方圆等.倾斜管内多相流流型研究(c)水相分布图3倾斜角为20的管道内油气水三相分布云图由图2(a)、图3(a)及图4(a)可知,流动时间较短时,油以油滴的形式存在,随着流动时间的增加,油滴逐渐变成油层,流动时间增加到5.0s时,管道中的某个横截面甚至都是油,且靠近入口处油的体积分数较大。
由图2(b)、图3(b)及图4(b)可知,随着流动时间的增加,气相由开始时的小气泡逐渐合并形成大气泡。
由图2(c)、图3(c)及图4(c)可知,由于水的体积分数较大,开始时水滴相对较大,随着流动时间的增加,水滴逐渐转化为水层,水相贴着上管壁有向管道上方流动的趋势。
随着时间的推移,从气泡流变成层状流中的波状流,之后又变成段塞流。
(a)油相分布(b)气相分布(c)水相分布图4倾斜角为30的管道内油气水三相分布云图由图2至图4还可以看出,随着管道倾斜角的增加,开始时的气泡流逐渐向波状流过渡;随着管道倾斜角的增加,管道内的流型越来越明显,尤其是后期的段塞流。
3结论
(1)在倾斜角一定的倾斜管内,随着时间的推移,流型从气泡流变成波状流,最后变成段塞流。
(2)管道的倾斜角对多相流流型有一定的影响,倾斜角越大流型变化越明显,但趋于稳定后最终都变成段塞流,(3)管道的倾斜角越小,气泡在截面上的分布越不均匀,管道截面上方的气泡越多,越容易合并成较大的气团,最后变成段塞流。
参考文献1HewittGF.MultiphaseflowintheenergyindustriesJ.JournalofEngineeringThermophysics,2008,17
(1):
12-23.2周云龙,陈飞.水平气液两相流流型空间图像信息复杂性测度分析J.化工学报,2008,59
(1):
64-69.3顾春来,董守平.多相流检测技术在石油工业中的应用J.石油大学学报(自然科学版),1999,23(3):
109-111.4齐晗兵,刘杰,刘洋,等.冻土对埋地输油管道泄漏污染物迁移的影响分析J.当代化工,2014,43(10):
2149-2152.5刘文红,郭锦烈,程开河,等.水平及微倾斜管内油气水三相流流型特性J.石油学报,2006,27(3):
120-125.6沈骝,梁财,陈晓平,等.气力输送中不同物料的流动特性及倾斜管阻力特性J.东南大学学报(自然科学版),2014,44(5):
975-980.7幸奠川,阎昌琪,孙立成,等.倾斜管内上升泡状流界面参数分布特性实验研究J.原子能科学技术,2013,47(4):
570-575.8闫凯,贺潇,张宇博,等.倾斜上升管内气液两相弹状流壁面传质特性研究J.工程热物理学报,2009,30(9):
1505-1508.(下转第64页)63辽宁石油化工大学学报第36卷CircuitsandSystemForVideoTechnology,2000,10(3):
417-422.10杜洋.基于牛顿插值和神经网络的时间序列预测研究J.石油化工高等学校学报,2007,20(3):
20-23.11AvishekS,JayantaM,ShamikS.AneighborhoodeliminationapproachforblockmatchinginmotionestimationJ.SignalProcessing:
ImageCommunication,2011,26(10):
438-454.12卢紫微,吴成东.基于重建方法的图像超分辨率技术发展现状分析与方向预测J.辽宁石油化工大学学报,2014,34
(2):
69-73.(编辑史春薇)(上接第36页)9BendiksenKH.AnexperimentalinvestigationofthemotionoflongbubblesininclinedtubeJ.Int.J.MultiphaseFlow,1984,10:
467-483.10幸奠川,阎昌琪,孙立成,等.倾斜对管内上升泡状流局部界面参数分布的影响J.化工学报,2013,64(7):
2411-2417.11胡学羽,刘亦鹏,王平阳,等.倾斜管中低温气液两相流弹状气泡生成位置的实验研究J.上海交通大学学报,2012,46
(2):
306-311.12BarneaD,ShohamO,TatelY,eta1.Gas-liquidflowininclinedtubes:
FlowpatterntransitionsforupwardflowJ.ChemicalEngineeringScience,1985,40
(1):
131-136.13李玉星,喻西崇,冯叔初,等.Beggs-Brill截面含液率计算模型的剖析与修正J.油气储运,2000,19(8):
31-34.(编辑宋锦玉)(上接第41页)14郭涛.油藏多孔介质中传热数值模拟D.大庆:
大庆石油学院,2009.15卢涛,姜培学.多孔介质融化相变自然对流数值模拟J.工程热物理学报,2005,26(S1):
167-176.16卢涛,佟德斌.饱和含水土壤埋地原油管道冬季停输温降J.北京化工大学学报,2006,33(4):
37-40.17BeckermannC,ViskantaR.Naturalconvectionsolid/liquidphasechangeinporousmediaJ.HeatMassTransfer,1988,31
(1):
35-46.18WangBX,DuJH.ForcedconvectiveheattransferinaverticalannulusfilledwithporousmediaJ.HeatMassTransfer,1993,36
(2):
4207-4213.(编辑宋锦玉)(上接第45页)8王彦栋,曹国华,刘志,等.超深立井施工吊盘结构设计优化研究J.煤炭科学技术,2013,41
(2):
78-80.9董方庭,姚玉煌,黄初,等.井巷设计与施工M.徐州:
中国矿业大学出版社,2004:
281-283.10王介峰.凿井工程图册(第一分册)M.北京:
煤炭工业出版社,2012:
192-192.11崔云龙.建井工程手册
(一)M.北京:
煤炭工业出版社,2003:
314-314.12中国工程建设标准化社会组织.GB500172003钢结构设计规范S.北京:
中国建筑工业出版社,2013:
12-12.(编辑宋锦玉)46辽宁石油化工大学学报第36卷
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 倾斜 多相 流流 研究