第6章 水平气液两相管流.
《2024年水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》范文
《水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》篇一一、引言在许多工业应用中，如石油、天然气和化学工业中，气液两相流是非常常见的流动状态。
对水平管内气液两相流的流型进行深入的研究对于提升设备的效率和可靠性具有重要意义。
本论文通过数值模拟和实验研究的方法，探讨了水平管内气液两相流的流型特征及其变化规律。
二、文献综述在过去的几十年里，许多学者对气液两相流进行了广泛的研究。
这些研究主要关注流型的分类、流型转换的机理以及流型对流动特性的影响等方面。
随着计算流体动力学（CFD）技术的发展，数值模拟已成为研究气液两相流的重要手段。
同时，实验研究也是验证数值模拟结果和深化理解流动机理的重要途径。
三、数值模拟1. 模型建立本部分首先建立了水平管内气液两相流的物理模型和数学模型。
物理模型包括管道的几何尺寸、流体性质等因素。
数学模型则基于质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律，并考虑了气液两相的相互作用。
2. 数值方法采用计算流体动力学（CFD）方法对模型进行求解。
通过设置适当的边界条件和初始条件，得到气液两相流的流动状态。
此外，还采用了多相流模型和湍流模型等，以更准确地描述气液两相的流动特性。
3. 结果分析通过数值模拟，得到了水平管内气液两相流的流型图、流速分布、压力分布等结果。
分析这些结果，可以深入了解流型的转变过程和流动特性。
四、实验研究1. 实验装置设计了一套用于气液两相流实验的装置，包括水平管道、气体供应系统、液体供应系统、测量系统等。
通过调节气体和液体的流量，可以模拟不同工况下的气液两相流。
2. 实验方法在实验过程中，通过观察和记录流动现象，获取了流型、流速、压力等数据。
同时，还采用了高速摄像等技术，对流动过程进行可视化分析。
3. 结果分析将实验结果与数值模拟结果进行对比，验证了数值模拟的准确性。
同时，还分析了不同因素（如管道直径、流体性质等）对气液两相流流型的影响。
五、结论与展望通过数值模拟和实验研究，得到了以下结论：1. 水平管内气液两相流的流型受多种因素影响，包括管道直径、流体性质、流速等。
水平管气液两相流实验指导-实验报告-上传
水平管气液两相流实验实验人 XXX 合作者 XXX XXX 年XX 月XX 日一、 实验目的：1. 通过观察水平管气液两相流的流型，进一步加深了解气液两相流流型的特点；2. 对流量分配对流型的影响有比较直观的认识；3. 从实验设计、仪器选型、实验操作、数据提取与分析处理等各个环节能够训练出真正的实验技能，能够完成合格的实验报告；二、 主要实验仪器气泵、水泵、玻璃转子流量计、U 型压差计。
三、 实验操作1. 打开系统电源，使气体、液体流量计预热2分钟；2. 然后打开采集程序，记下采集程序上显示的气路和水路温度（根据此温度查出水和空气的密度）；3. 改变气流量和液体流量，观察记录两相流的流型变化和U 型压差计的压差；4. 测量好所有数据后，先关闭液阀，关闭水泵电源，再关闭气泵。
四、 实验数据与分析1. 流型分析对应实验中的空气流量和水流量，根据以下公式计算出气相折算速度和液相折算速度 ：GG Q J A=LLQ J A=式中 G J ——气相折算速度，m/s ；L J ——液相折算速度，m/s ；G Q ——气相体积流量，m 3/s ；L Q ——液相体积流量，m 3/s ；A——管道横截面积，m2; （本实验管子内径为20mm，-42=3.14210mA⨯）查找相关资料，可知水平管两相流基本流型如下图所示图- 1 水平管两相流流型图实验中得到的数据及流型情况如下表：表- 1 各流量下的观测流型次数GQ(m3/h)LQ(L/h)GJ(m/s)LJ(m/s)2GJρ(Pa)2LJρ(Pa)流型1 3.0 935 2.7 0.8266 7.9348 680.080 冲击2 3.0 710 2.7 0.6277 7.9348 392.151 冲击3 2.8 510 2.5 0.4509 6.9121 202.338 冲击4 2.7 310 2.4 0.2741 6.4272 74.758 冲击5 2.7 130 2.4 0.1149 6.4272 13.147 波状6 1.8 130 1.6 0.1149 2.8565 13.147 波状7 2.0 310 1.8 0.2741 3.5266 74.758 冲击8 2.0 515 1.8 0.4553 3.5266 206.325 冲击9 2.0 715 1.8 0.6321 3.5266 397.694 冲击10 1.9 930 1.7 0.8222 3.1827 672.826 冲击11 4.4 930 3.9 0.8222 17.0686 672.826 冲击12 4.5 710 4.0 0.6277 17.8532 392.151 冲击13 4.6 495 4.1 0.4376 18.6555 190.611 冲击14 4.6 310 4.1 0.2741 18.6555 74.758 冲击15 4.5 120 4.0 0.1061 17.8532 11.202 冲击16 0.0 120 0.0 0.1061 0.0000 11.202 塞状17 0.0 320 0.0 0.2829 0.0000 79.659 小塞状18 0.0 515 0.0 0.4553 0.0000 206.325 气泡19 0.0 720 0.0 0.6365 0.0000 403.275 小气泡20 0.0 930 0.0 0.8222 0.0000 672.826 雾状注意：由于流体流动时，流量值是波动的，实验记录的是估计的平均流量；第16-20组数据，因为气流量很小，读不出具体值，我们记为0，实际不为0.查找资料得到的和实验中观察到的两相流流型图分别如图-2与图-3所示：图- 2 资料中的水平管两相流流型分布图- 3 实验中水平管两相流流型分布实验中，我们观察到了5种流型，通过观察对比图-2与图-3，我们可以发现实验中的流型分布与资料中的流型分布大致是相似的。
第6章 水平气液两相管流解读
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。
气液两相管流分析
2020/5/27
20
1.总压降梯度公式
dp dz
mg f
mvm
dvm dz
一般动能较小，只在雾流情况下才有意义。
只考虑气体的压缩性：
d ZnRT
dvm dvSG 1 SG dp
dz dz A dz A dp dz A p2 dz p dz
• 经验相关式
1963 Duns－Ros无因次化处理 NvL、Nvg、ND、NL 1965 Hagedorm－Brown现场实验 1967 Orkiszewski流型组合 1973 Beggs－Brill倾斜管实验 1985 Mukherjee－Brill改进实验条件
• 现代机理模型
1985 Hasan & Kaber
• 滑脱损失
m m ns
2020/5/27
6
二、气液两相管流的流型
• 纯液流（p>pb）
无气相，管内均质液体 流体密度最大，压力梯度最大
• 泡 流（p<pb）
溶解气开始从油中析出，气体以小气 泡分散在液相中
液相是连续相，气相是分散相
特点 液相滑脱损失严重，易水淹
摩阻小，重力损失为主
2020/5/27
2020/5/27
段塞流
大气泡沿管子顶部流动， 管子下部为液流
大液体段塞流与几乎充 满管子的高速气泡的交 替流。
13
分散流
2020/5/27
大气泡集中在管子 的上半部。
气流量高、液流量低 气流中夹带液滴
14
四、气液两相管流压力梯度方程及求解步骤 1.压力梯度方程
Fz
Adz
dv dt
dp g sin wD v dv
dz
A
《2024年水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》范文
《水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》篇一一、引言随着能源、化工等领域的不断发展，水平管内气液两相流的研究变得日益重要。
在许多工业过程中，如石油开采、管道输送、冷却系统等，都需要对气液两相流进行深入的研究。
气液两相流的流型对管道的输送效率、安全性能以及系统设计都有重要的影响。
因此，本文对水平管内气液两相流的流型进行了数值模拟与实验研究，以期为相关领域的实际应用提供理论依据和参考。
二、流型分类与数值模拟方法水平管内气液两相流的流型主要分为泡状流、弹状流、泡状-弹状混合流、环状流等。
这些流型具有不同的流动特性和相互转换的规律。
为了更好地研究这些流型的特性，本文采用了数值模拟的方法。
数值模拟主要采用计算流体动力学（CFD）方法，通过建立数学模型，对不同流型下的气液两相流进行模拟。
在模拟过程中，考虑了流体物性、管道尺寸、流动速度等因素对流型的影响。
同时，采用适当的湍流模型和两相流模型，对气液两相的相互作用和流动特性进行描述。
三、实验研究方法与结果分析为了验证数值模拟结果的准确性，本文还进行了实验研究。
实验采用水平管道装置，通过改变气液流量、管道尺寸等参数，观察并记录不同流型下的流动特性。
实验结果表明，随着气液流量的增加，流型逐渐由泡状流向环状流转变。
在泡状流中，气泡分散在连续的液相中；在弹状流中，较大的气泡或气团交替出现在连续的液相中；而在环状流中，气体核心包裹着液体在管道中流动。
这些流型的转换规律与数值模拟结果基本一致。
此外，实验还发现，管道尺寸对流型也有显著影响。
当管道直径增大时，更易形成环状流；而当管道直径较小时，更易形成泡状或弹状流。
这为实际工程应用中管道设计和优化提供了重要的参考依据。
四、数值模拟与实验结果对比分析将数值模拟结果与实验结果进行对比分析，可以发现两者在流型转换规律和流动特性方面具有较好的一致性。
这表明本文采用的数值模拟方法具有较高的准确性和可靠性，可以为实际工程应用提供有效的预测和指导。
《2024年水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》范文
《水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》篇一一、引言随着能源、化工等领域的不断发展，水平管内气液两相流的研究变得日益重要。
流型的研究对于了解气液两相流的传输特性，预测设备运行状况以及优化过程控制具有重要的实际意义。
本文针对水平管内气液两相流流型进行数值模拟与实验研究，为实际工业应用提供理论支持。
二、文献综述气液两相流的研究历史悠久，学者们通过实验和理论分析，对各种流型进行了深入的研究。
在水平管内，气液两相流的流型主要包括泡状流、弹状流、环状流等。
这些流型的特性对管道的传输效率、压力损失以及设备运行稳定性具有重要影响。
近年来，随着计算流体动力学（CFD）技术的发展，数值模拟在气液两相流研究中的应用越来越广泛。
三、研究内容（一）数值模拟本文采用CFD技术对水平管内气液两相流的流型进行数值模拟。
首先建立物理模型和数学模型，确定求解方法和边界条件。
然后，通过数值计算得到不同流型下的速度场、压力场等物理量分布。
最后，对模拟结果进行验证和分析，为实验研究提供理论支持。
（二）实验研究实验研究是本文的重点部分，主要包括实验装置、实验方法、数据处理和结果分析。
实验装置包括水平管、气源、液源、测量仪器等。
实验方法采用可视化观察和物理量测量相结合的方式，对不同流型下的气液两相流进行观测和记录。
数据处理主要包括数据采集、整理、分析和图表制作等步骤。
最后，对实验结果进行分析和讨论，为数值模拟提供验证依据。
四、结果与讨论（一）数值模拟结果数值模拟结果表明，水平管内气液两相流的流型与气流速度、液流速度、管道直径等参数密切相关。
在不同参数下，流型表现出不同的特性，如泡状流的分散性、弹状流的周期性以及环状流的连续性等。
这些结果为后续的实验研究提供了理论支持。
（二）实验研究结果实验研究结果表明，不同流型下的气液两相流具有不同的传输特性和传输效率。
例如，在泡状流中，气泡的分散性较好，有利于提高传输效率；而在环状流中，液膜的连续性较好，有利于降低管道的摩擦阻力。
水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究
水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究一、引言随着工业技术的发展，气液两相流在许多工业领域中都有着广泛的应用。
对气液两相流的流型进行研究可以帮助我们了解气液两相流在不同工况下的行为规律，并为工业生产提供参考依据。
本文通过数值模拟和实验研究的方法，对水平管内气液两相流的流型进行探究，旨在揭示其内在机理并提供实际应用上的指导。
二、气液两相流流型气液两相流的流型可以根据界面形态、相对速度和尺度等不同特征进行分类。
在水平管内，常见的气液两相流流型包括气泡流、毛细液膜流、层流、湍流等。
1. 气泡流气泡流是指气泡连续相沿管道轴向方向流动的流型。
气泡流的流动规律复杂，气泡的生成、增长、移动和破裂等现象会对系统产生重要影响。
2. 毛细液膜流毛细液膜流是指液滴连续相沿管道轴向方向流动的流型。
毛细液膜流具有较高的液滴保持率和较低的液滴速度，可应用于化工领域中逆流萃取、反应器和蒸馏器等设备的设计。
3. 层流层流是指气液两相在管内形成整齐分层的流动方式。
层流具有较低的气液摩擦，较小的波动和均匀的分布特点，适用于气体和液体之间传质和反应等过程。
4. 湍流湍流是指气液两相之间发生剧烈的随机运动，界面不规则、相对速度梯度大的流动现象。
湍流带来的剧烈的涡流运动能够增强传热、传质和混合效果，但同时也带来了较大的能耗和压降。
三、数值模拟方法1. 基本原理数值模拟方法一般采用基于流体动力学（CFD）的欧拉方法，通过对流体连续方程、动量方程和能量方程的离散，求解气液两相流的速度、压力和温度等物理量。
2. 模型设定通过建立水平管道的几何模型和气液两相流的初始条件，设定不同的流量、压力、温度等工况参数，以模拟实际工程中的不同场景。
3. 数值算法常见的数值算法包括有限体积法、有限元法和边界元法等。
通过基于时间和空间的离散化方法，将连续方程转化为离散方程，进而通过迭代求解得到数值解。
四、实验研究方法1. 实验设置通过在水平管内进行气液两相流实验，观察和记录不同流型的现象和特征，以定量分析其行为规律。
气液两相管流计算
气液两相管流计算1基本要求.从能量平衡微分方程出发，与压降等经验关联式联立，得出了油气集输管线沿程温降的计算公式，并编制大型计算程序。
2 数学模型2.1 热力计算能量平衡方程假设两相之间没有温度滑移, 并不计油品的径向温度梯度，这样气液两相混合物沿管线的能量微分方程可写成:dx dv vg dxdH dx dq ++=θsin (1) q —垂直于管壁方向的热流量；H —混合物焓；v —混合物平均速度; θ—管轴线与水平面夹角；g —重力加速度。
由于混合物焓H 依赖于它自身的压力P 和温度T f , 这样dHdx 可下式来表示：dH dxH P dP dx H T dT dx C dPdx C dT dx Tf f P f J pm Pmf =+=-+()()∂∂∂∂μ (2)其中μJ 为焦耳-汤普森(Joule-Thompson)系数, 其物理意义是流体每单位压力变化引起的温度变化，C Pm 为混合物定压比热。
由(1)式和(2)式可得:dx dPdx dv v g dx dq C dx dP dxdH C dx dT JPm J pm fμθμ+--=+=)sin (11 (3) 式中单位长度热流量dqdx r k T T o f s =--2π() (4)负号表示散热，T s 为环境土壤温度， k 为传热系数。
将(4)式带入(3)式，整理得dT dx T T A Bf s f=-+ (5) 式中A C r k Pm o =2π ,B dP dx gC v C dv dx J Pm Pm =--μθsin 。
式(5)为一阶线性微分方程, 对应的边界条件为:在出油管口处，当 x =0时 T f =T f0解方程(5)可得温度分布:T T T k k C x k T f f s Pm s=---+-()exp()012212πππΦΦ (6)式中Φ=--C dP dx g vdvdx Pm J μθsin 式(6)中除传热系数k 和压降dP/dx 外，其余参数一般均为常数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
Gl 2 Dl l Bl L 4 p . n 2 4Gl Dl D l l l
或散成液滴，或与气体一起形成泡沫。
流动型态
6．环状流 波状流可在液量较少的条件下直 接过渡到环状流。气体的量和流速继续 提高，要求更大的段面积供其通过。起 初，气流将液体的断面压缩成新月形。 随着气体流速的继续增大，液体断面将 进一步变薄，并且沿管壁搭接成环形断 面。于是，气体携带着液滴以较高的速 度在环形液流的中央流过。 7．雾状流 当气体的流速很大时，液体被 气流吹散，以液滴或雾的形式随着高速 气流向前流动。
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
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。
洛克哈特—马蒂内利方法
洛克哈特—马蒂内利方法
洛克哈特和马蒂内利认为，如果气液两
相间无相互作用，则气液两相流动的压差可 以按照单相液体或单相气体单独流过该相在 两相流中所占的过流断面时的压差计算。 分相模型 处理方法
洛克哈特—马蒂内利方法
L vl2 p l l Dl 2
p —气液两相流动的压差；
2 L vg p g g Dg 2
2
psl 可以表示为：
2 L vsl psl l l D 2
G l 2 D l Bl L 4 psl . l n D 2 4Gl D l
2
psl 一假设只有单相液体在整个管路中流动的压差；
认为沿程阻力系数 l 和 g 可以仿用水力光滑管的情况表示
l
Bl Bl Reln 4G l D l l
n
g
Bg Re
m g
Bg 4Gg D g g
m
0.3164 Re 0.25
式中
l ——液相的粘度；
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。
p sg 一假设只有单相气体在整个管路中流动的压差；
2 g —分气相折算系数。
洛克哈特—马蒂内利方法
实验表明，系数 l 和 g 都是某参数(洛克哈特-马蒂内利参 数）X的函数，参数X定义为：
X
psl psg
l
、 和 参 数 的 关 系
g
X
洛克哈特—马蒂内利方法
图中的曲线按单相流体的流动状态分为以下四类：
洛克哈特—马蒂内利方法
将上述两式相除，得
p Dl D D n2 D 2 D psl D Dl Dl l
2 n
5 n
l2
或
p psl
所以
n2 2
D D l
第二节 洛克哈特—马蒂内利方法
1949 年洛克哈特 (Lockhart)和马蒂内利（ Martinelli）最先
提出水平管中两相流动压降的一般相关规律。他们在研究中使
用了一些研究者的空气、液体（如水、煤油、苯及其它油类） 混合物的实验数据，其实验条件为：管径 1.49 ～ 25.80mm ，管 路 长 度 0.67 ～ 15.20m ， 液 相 粘 度 0.6 ～ 270mPa.s ， 工 作 压 力 108～353kPa（绝对），温度15～33℃。
(1) 液相层流-气相层流(下标为ll)，此时
Re sl
Dvsl l
l
1000
Re sg
Dvsg g
g
1000
（2）液相层流-气相紊流(下标为lt)，此时