深海S形立管系统严重段塞流流动特性

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立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究

立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究近年来，随着科学技术的发展，立管系统在热能、流体动力学等领域得到了广泛的应用，而泡状流和段塞流的流动特性也成为其中一个重要的研究内容，其结果对深入了解立管系统的流动现象和量化行为起着至关重要的作用。

本文通过分析立管系统流体的物理特性，以及管道系统中流体运动特性受管内流阻影响的规律，对泡状流和段塞流在立管系统中的流动特性进行深入的研究。

一、立管系统流体的物理特性立管系统的流体由流体的物理特性决定。

立管系统的流体具有质量、能量和动量的守恒性，流体内部的能量受外界影响而发生变化。

流体的运动特性和外界的影响有关，流体的特性受管道系统的影响。

二、管道系统中流体运动特性受管内流阻影响的规律管道系统中流体运动特性受管内流阻影响，流阻主要由管道内壁表面粗糙度、管节部件形状大小、管道长度、流体特性及流体积率等因素产生。

流阻影响着流体的流动特性，从而影响着整个流体的运动状态。

在立管系统中，流阻主要由管节部件来产生，其中液体流动的发生受节部件形状大小、流体特性等因素的影响，使得该系统出现了泡状流和段塞流等流动现象。

三、泡状流和段塞流在立管系统中的流动特性泡状流是一种局部湍流性质的现象，它是由流体积率影响而产生的，这种流体在管道中呈现出来逐渐增大的波浪状，且在管道中每一段的波浪状长度均有所不同，同时这种流体的流动还受管节部件的形状大小、流体特性等因素的影响。

段塞流亦是一种流动性质的变化，它主要由管道系统中流阻产生，当某一点处产生段塞流时，管道中各段波动将出现不同的流量大小，逐段变化，当前段流量减小，后段流量增大，再加上流体积率的影响，使得管道中的流动出现明显的变化。

四、结论通过上述对立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究，可以得出以下结论：1）立管系统的流体特性是流体运动特性受外界影响的结果。

2）管道系统中流体运动特性受管内流阻影响，流阻主要由管道内壁表面粗糙度、管节部件形状大小、管道长度、流体特性及流体积率等因素产生。

立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究

立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究立管系统是一种具有复杂结构的多相传输系统，其中经历着泡状流、段塞流等液体流动模式，流动特性对立管系统整体运行性能有着重要的影响，本文就泡状流和段塞流的流动特性及其影响因素进行深入研究。

一、泡状流泡状流是指在固定管径中流动的液体，其中由常量无定向泡和液体组成，伴随着一定的摩擦力，使表面的气泡沿着管道的内壁流动。

泡状流的主要特性是存在液面的波动和涡流，同时具有较高的流体摩擦系数和阻力，影响传输系统的安全运行。

1.影响因素泡状流的发生与系统的工作参数密切相关，主要受管道直径、管道倾斜度、流体密度、流体温度、流量以及流体粘度等因素的影响，管径越大，泡状流形成的概率越大，倾斜度越大，泡状流形成的概率也越大；流体密度越小，泡状流形成的概率越大；流体温度越高，泡状流的形成概率越大；流量越大，泡状流形成的概率越大，流体粘度越大，泡状流形成的概率也越大。

2.检测方法要检测泡状流是否存在，可以采用拍片法或拍照法，以查看管内气泡或液波的情况，以确定实际存在的泡状流现象。

二、段塞流段塞流是指在传输时呈现短暂停歇的流动状态，其中在入口处，因流量不足而出现段塞现象，导致流体的运动受阻；在出口处，由于出量过大或流速过快，也会出现段塞现象。

段塞流在立管系统中是一种常见的流动模式，有助于降低整个系统的负荷，因此往往被广泛用于实际系统的运行。

1.影响因素段塞流的出现受多种因素的影响，其中主要有流量不断变化、管径变化、入口倾斜角变化、出口倾斜角变化、管道内壁粗糙度变化、液体粘度变化以及流体温度变化等。

2.处理方法段塞流的发生给立管系统带来了较多的影响，因此应采取有效的控制和处理措施，包括调整平稳流量、改变管径或倾斜角、减少管道粗糙度、降低管道内液体的粘度以及降低流体温度等。

三、结论立管系统由于其复杂的运转状态，除了经历泡状流和段塞流外，还可能出现涡流、紊流等现象，其中泡状流和段塞流是往往发生的两种现象，它们的流动特性对整个立管系统的整体运行性能有着重要的影响。

柔性立管管径对严重段塞流特性的影响

ｏｅｅｅｓｕｇｎｈｒｃｅｓｉｓｈｌｓｓｄｅｎｐｐｌｅｒｅｙｔｍｅｅｉｌｓｒＩａｑａｏｎｓｖｒｌｇｉｇｃａａｔｒｔ，ｔｅｒｅｗａｔｉｄｉｉｅｉ — ｓｒｓｓｅｗｈｎｆｘｂｅｒｅＤｗｓｅｕｌｉｃｕｕｎｉｌｉｔａｄｌｒｅｈｎｇｔｅｎｉｅｉｅＩｅｐｃｉｅｙｎａｇｒｔａａｈｒｇｐｐｌＤｒｓｅｔｌ．Ｔｅｔｓｌｏｏｓｓｆａ１４ｍｏｇａｄ５ｉｎｖｈｅｔｏｐｃｎｉｔｏｌｎｎ０ｍｍＤｈｒｏｔｌｓ１Ｉｏｚｎａｉｐｐｌｅ６ｍｏｇａｄ一２ｏｗｒｎｌｅｉｅｎｎＳｓａｅｓｒｔ５３ｍｎｖｒｃｌｅｇｔａｄｉｅｉ，ａ１ｌｎｎｎ。ｄｗｎａｄｉｃｉｄｐｐ，ａｄａ－ｈｐｄｒｅｈ１．ｉｅｔａｉｈｎｉｗｉｉｈｎ
（．中海石油（１中国）有限公司湛江分公司，广东湛江５４０；２００
２．西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，陕西西安７０４）１０９摘要：于将海底原油及天然气举升到海上平台的ｓ型柔性立管是海洋石油工业中的重要设备。为研究柔性立管用尺寸对严重段塞流特性的影响，在集输一ｓ型柔性立管系统上分别实验研究了立管内径等于和大于集输管道内径时
第３９卷第７期２１年７月０１

气液混输管线水动力严重段塞流实验

气液混输管线水动力严重段塞流实验高嵩;尤云祥;俞忠;胡天群;谭练武【摘要】水动力严重段塞流型相比于一般的地形严重段塞流发生范围更广且危害类似,因此需要在工程设计上给予关注.在水平-下倾-立管组合管线实验装置上,针对入口处不同气液两相流量组合,对该种组合管线系统中气液两相流特性开展了实验研究,获得了水平管和立管内气液两相流型图.实验发现,当水平管内流型处于分层流向段塞流过渡阶段时,可能会出现间歇式的阻塞流,该阻寒流如能进入立管,则立管内会出现类似于严重段塞流的流型,称为水动力严重段塞流.对该流型的演化及气液流动过程进行分析,获得了周期及压力波动与入口气液流量之间的相关关系,以及该流型形成机理及其发生范围.实验结果揭示了水动力严重段塞流的相关机理,为工程设计上的危害预防和缓解方案提供了理论基础.%Severe slugging occurs in a wide range of gas and liquid flow rates; such a phenomenon receives considerable attention in engineering studies. Experiments on the gas-liquid two phase flow in a horizontal/inclination pipeline connected with a riser were conducted. The flow patterns in both the horizontal pipeline and riser were presented under a different inlet flux of the gas and liquid. Results show that the blocking flow will occur intermittently in the stage where the flow patterns in the horizontal pipeline are transited from the stratified to the slug flow. Once the blocking flow enters the riser, a new flow pattern will be formed called severe hydrodynamic slugging which has similar characteristics with severe slugging. The forming mechanism and occurrence range of such a severe hydrodynamic slugging were analyzed, and the relationships of the inlet gas and liquid flow rates withthe flow period and pressure fluctuation magnitude were presented. The present experiments provide a theoretical basis for damage prevention and relief designs of such a phenomenon in petroleum production.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2011(032)011【总页数】6页(P1416-1421)【关键词】油气输送;两相流;组合管线;严重段塞流;压力波动【作者】高嵩;尤云祥;俞忠;胡天群;谭练武【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240【正文语种】中文【中图分类】O359.1在海底油气开采过程中，主要通过铺设在海底的管线和连接到海洋平台的立管系统将储存于海底的油气输送到海洋平台上.随着海洋油气开发向深海发展，位于海底的混输管线越来越长，当管内气液流量较低时，容易出现称为严重段塞流(severe slugging)的特殊有害流型.严重段塞流是一种具有很强的周期性的流型，表现为管内压力和出口气液流量呈现周期性剧烈波动，不仅会造成油井大幅减产，而且管线出口的断流和剧烈出流交替出现会给下游处理设备造成问题［1］.这些都会给正常生产带来困难，严重时还会导致停产等事故.此外，严重段塞流的液气强烈喷发还会加剧管壁腐蚀，尤其是对立管管壁的腐蚀，而且喷发带来的压力剧烈波动会引起管道的振动，造成管线接头和支柱的机械损害，缩短其使用寿命，对作业平台的结构强度、安全性和稳定性构成危害［2］.严重段塞流危害程度与立管内流型及物理参数变化规律相关.为此，有必要对该流型的形成机理及其流动特性进行深入研究，以便于寻找有效措施来减缓或避免上述危害.严重段塞流现象自1973年被提出后，引起了国内外学者的广泛关注，文献［3-5］等采用模型试验方法开展深入研究，研究的方向主要集中在严重段塞流产生机理、严重段塞流分类方式、管内流型流态的变化特性、管内液塞速度、液塞长度、压力波动、流动周期等参数的变化特性，以及探索控制缓解其危害的方法等方面，并取得了许多重要成果.本文采用水平管—下倾管—立管管线系统，对水动力严重段塞流特性进行实验研究.在该实验装置中，下倾管段设计得较短，这种设计其目的在于使水平管中的阻塞流进入到下倾管后不会消失，能够在立管中形成水力严重段塞流.在实验中，对出现水动力严重段塞流的气液流量组合及其产生机理与压力波动特性等进行了分析与研究.1 管线系统实验装置介绍实验在上海交通大学海洋工程国家重点实验室多相流实验系统上进行，实验管道是由水平管、下倾管和立管组成的管线系统，如图1所示.其中，HI段为水平管，长度L2=16.692 m;IJ段为下倾管，长度L3=0.61 m，倾角β=3°;JK段为立管，高度 L4=3.74 m.为了便于观察，管道均采用内径0.026 m的透明有机玻璃管.水路系统主要由集水器、水泵、稳压水箱、液体流量计量及控制器等组成，气路系统主要由空气压缩机、稳压气罐、气体流量计量及控制器等组成.气液混合器设置在H 处，它与液体入口G之间的距离为L1=4.455 m.实验过程中，气体进流流量采用ALICAT公司生产的流量计进行测量，量程范围为0～50 L/min.该流量计同时内置有一个比例调节阀，可通过PID控制器来自动调节阀门开启度，以保证气体进流流量的稳定性.采用美国Thermal Instrument Company生产的9 500型热式质量流量计对液体进流流量进行测量，量程范围为0～50 L/min.液体流量控制器由德国福林公司生产的电动调节阀及虹润精密仪器有限公司生产的PID控制器组成，由PID控制器根据当前液体流量自动调整电动调节阀开启度，以保证液体进流流量.在水平和垂直管段各布置了一台数码摄像机，用来研究水平管与立管中气液两相流型特征及其相关关系，并分析各种流型的产生机理及其演化特征.在下倾管与立管连接弯头处(即图1中J点)，设置了一个压力传感器，用来对管道内压力变化特性进行测量分析，并研究其与相关流型之间的关系，量程范围为0～50 kPa.图1 试验系统示意Fig.1 Sketch of the experiment systemA-气体进口，B-气体流量计量及控制器，C-集水器，D-液体进口，E-水泵，F-稳压罐箱，G-液体流量计量及控制器，H-气液混合器.2 实验描述及结果分析气液两相混输管道中，入口处气液相折算速度是决定管内流型的关键参数，实验主要通过调节入口处气液两相质量流量来实现调节入口处的折算速度.实验介质采用空气和水，试验参数范围为气相折算速度 0.036 ～1.45 m/s，液相折算速度0.036 ～1.45 m/s.实验过程中，首先调节液体流量控制阀，使管道入口处液体进流量保持稳定，打开气阀，调节气体流量观测水平与立管中的流型变化.2.1 水平管与立管中流型特征图2、3给出了管线系统内气液两相流动的流型图.Vsg为气体在出口状态下的折算速度，Vsl为水的折算速度.本次实验中，水平管内共观察到了4种流型，分别为分层流、阻塞流、气团流和段塞流，而在立管中则观察到了5种流型，分别为地形严重段塞流、过渡流型、水动力严重段塞流、气团流及段塞流.当实验系统入口气液体均处于较小流量范围时，水平管和下倾管内皆为光滑分层流，液体在下倾管与立管交接处(即管道系统的几何最低点)积聚，在立管中出现地形严重段塞流I型，这是一种液塞长度超过立管高度的流型，也是目前文献中报道最多的一种最为典型的流型，包括4个流动阶段:液塞形成、液塞出流、液气喷发和液体回流.在这种流型下，立管内部有较大的流量和压力波动，在立管出口出现周期性断流和剧烈液气喷发的交替现象.保持液体为小流量，增加入口气相流量，此时立管内液塞增长带来的压力增加速度开始小于水平-下倾管内气体累积产生的压力增长速度，使得液塞头部在还未到达立管顶部时，气体就进入立管开始喷发，即出现严重段塞流II型流态.对地形严重段塞流II型，没有液塞出流阶段，在液塞形成阶段尚未完成之前，气体就进入立管形成液气喷发现象，该流型也会出现周期性断流和剧烈液气喷发的现象，破坏及影响程度与地形严重段塞流I类似，但是由于液塞长度小于立管高度，使得下游处理设备较易接纳.图2 水平管流型Fig.2 The flow patterns of the horizontal pipeline图3 立管流型Fig.3 The flow patterns of the riser进一步增加气相流量，立管内流型的变化取决于水平管流型.当水平管内仍然保持为分层流动时，如果立管根部累积的液塞无法堵住气体，而进入立管气体流量也不足以形成环状流，立管内流态为介于地形严重段塞流II与环状流之间的过渡流型，表现为液体在气流和重力共同作用下反复震荡，直至立管内累积了足够多的液体，气流携带液体喷出管外，即为气液混合的弥散流.如果水平管内出现阻塞流型，立管内则出现水动力严重段塞流型.所谓阻塞流是指，在水平管内某处出现一段水平液塞，而其余部分保持为分层流.该液塞到达下倾管与立管交接处后，会堵住立管根部，阻止气流进入立管，此时在立管中会出现类似于地形严重段塞流的流型，称其为水动力严重段塞流.增加入口处液体进流量，但保持水平-下倾管内仍为分层流.当气体流量较小时，立管内出现地形严重段塞流III型，这种流型的主要特点是:在液塞形成阶段，即出现液气间隔性喷发现象，喷发阶段结束之后立管内充满液体.地形严重段塞流III型在立管出口没有断流现象，且其流动过程只有液塞形成、液塞出流和液气喷发3个阶段，其造成的压力波动也小于I型和II型，属于一种过渡流型.如果进一步加大气体流量，水平管内也可能会出现阻塞流，此时立管内出现水动力严重段塞流型.关于这种水动力严重段塞流的相关特性问题，将在后文做详细讨论.进一步加大入口处液体进流量，水平管内分层流消失.当气体流量较小时，整个管线系统呈现气团流动;而当气体流量较大时，整个管线系统呈现段塞流动.2.2 水平管阻塞流形成原理立管内的水动力严重段塞流型是由水平管内的阻塞流型引起的.当水平管为分层流时，随着气体流量的增加，管内的光滑分层流转变为波浪分层流，且气体流量越大，波浪分层流的波动幅值也越高，而水平管并非绝对水平，最终在某个地势较低处，液体形成的波面堵住管道，并形成一段液塞，即阻塞流.这是阻塞流形成的主要原因之一.此外有其他非预期的扰动也可能会形成阻塞流.阻塞流形成的液塞段将水平管内气体分隔成两部分，如图4所示.在液塞前后水平管内流型仍为分层流.该段液塞在其尾部气体的推动下向水平管下游流动，进入下倾管，并汇入下倾管与立管交接处形成积液，堵住立管根部，阻止气流进入立管，造成下倾管内气体被压缩，形成严重段塞流流型.由图2可见，阻塞流只存在于较小液体流量和较大气体流量范围内，当水平管内分层流消失，形成稳定气团流时或段塞流时，该流型消失，立管内流型也相应变化.图4 水平管阻塞流型Fig.4 Blocking flow pattern in the horizontal pipe水平管内阻塞流形成的原因主要为管内持液率较高，当液面在气流作用下呈波浪状运动时，如果遇到扰动或者凹点，波面突然上升堵住管道，形成一段孤立的液塞，并在其后气流的推动下向下游流动.如果阻塞流的形成是由水平管几何形状和入口气液流量决定的，该流型就有一定周期性，即具有可持续性;如果阻塞流的形成是由非预期的扰动决定的，就不存在周期特性，不具有可持续性.此外，阻塞形成的液塞在其沿水平管向下游流动过程中，有可能会进入立管，但也有可能会在水平管或下倾管中消失，这主要由其尾部压力和分层流的持液率共同决定.液塞尾部的气体推动会使液塞后缘不断增加，导致液塞变长，称为“铲起”;同时，由于重力、压力等因素，段塞前缘不断消失，导致液塞变短，称为“泄落”.当立管根部被堵住，形成长液塞时，液塞前部压力大于尾部，此时形成的液塞逐渐消失;而当立管根部未被堵住，立管内为过渡流型或者处于液体回流阶段时，导致阻塞流前部压力小于尾部，液塞流向下游并逐步增长，直到进入立管形成长液塞并封住气流，发生严重段塞流.2.3 水动力严重段塞流特性分析实验中观测到了地形严重段塞流Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型，以及水动力严重段塞流共4种严重段塞流型.在图5中，给出了4种严重段塞流下立管根部压力随时间的变化规律. 由图5可知，无论是地形严重段塞流还是水动力严重段塞流都有很好的周期特性，这也说明了实验中观察到的水动力严重段塞流不是由意外的扰动引发的，而是管线几何形状和流量等因素共同导致的.从图5(a)～(c)可见，对地形严重段塞流，立管内根部压力波动剧烈，根据其在立管内的流态变化，可以把一个周期分为4个阶段，依次为液塞形成、液塞出流、液气喷发和液体回流，其中Ⅰ型拥有全部4个阶段，Ⅱ型没有独立的液塞出流阶段，Ⅲ型没有回流阶段.同时，当地形严重段塞流发生时，在液体回流和液塞形成阶段，在立管出口处出现断流现象，在液塞出流和液气喷发阶段，在立管出口处出现剧烈出流现象，这2种现象交替发生，循环往复［10］.由图5(d)可知，对水动力严重段塞流，在立管内的流态比地形严重段塞流态要复杂一些，在水动力严重段塞流的一个周期内一般包含5个阶段:液塞形成、液塞出流、液气喷发、液体回流和液体振荡.液体振荡阶段是指，在液体回流阶段之后，由于立管内液体含量较少，不足以流出管外，也不能堵住气流，在重力和气流共同作用下往复振荡，将该流态定义为液体振荡.图5 立管根部压力变化特性Fig.5 The pressure characteristics at the bottomof the riser实验中所观察到的水动力严重段塞流，只有液塞形成、液气喷发、液体回流和液体振荡4个阶段，没有出现液体出流阶段，称其为水动力段塞流Ⅱ型.理论上讲水动力学严重段塞流Ⅰ型也应该是存在的，这可能与本实验系统中水平管长度还不够长有关，这将在后续研究中进一步探索.严重段塞流Ⅲ型的主要特征为喷发结束后立管内充满液体，而水动力严重段塞流发生机理是水平管内出现了阻塞流型，该流型产生的液塞能否进入立管的前提为立管没有被液塞堵住，所以在前一段液塞喷发结束之前不会产生新的长液塞，即不存在水动力严重段塞流Ⅲ型，实验也没有做出该种流型.实验观测到水动力严重段塞流发生时，立管出口仍为断流和剧烈出流交替出现的现象，其中断流发生在液塞形成、液体回流和液体振荡阶段，出流发生在液塞出流和液气喷发阶段.图6 立管严重段塞流周期变化特性Fig.6 Severe slugging periodic characteristics of the riser图7 立管内压力波动幅值变化特性Fig.7 Pressure fluctuation magnitude characteristics of the riser在图6～7中，给出了严重段塞流周期和立管根部压力波动幅值随气液折算速度变化特性的实验结果.其中，液体折算速度为 vsl为 0.036、0.049、0.07 m/s，气体折算速度从0.036 m/s变化到 1.1 m/s，图中横坐标为气体折算速度，图6中纵坐标表示为严重段塞流周期，图7中纵坐标为立管根部压力波动幅值，即一个周期内立管根部压力最大值和最小值之差.结合图3可知，当液体折算速度为 vsl=0.036 m/s，气体折算速度从小到大变化时，立管内依次仅出现地形严重段塞流Ⅰ和Ⅱ型，其周期及压力波动幅值随着气相折算速度增大而呈幂函数规律逐渐减小.当液体折算速度变为vsl=0.049 m/s，而气体折算速度小于0.543 m/s时，立管内依次出现地形严重段塞流Ⅰ、Ⅱ和Ⅱ型，其周期仍呈幂函数规律逐渐减小.当气体折算速度达到0.543 m/s后，水平管内出现阻塞流，而立管内流型变为水动力严重段塞流型，其流动变化仍保持周期性，但其周期随气体折算速度增加而增加，达到某一最大值后又随着气体折算速度的增加开始逐渐减小，直至水平管内阻塞流型消失.对于压力波动幅值，当阻塞流出现时，其值随着气相折算速度增加逐步增加，达到某一极值点后，又随气相折算速度增加而减小，直至阻塞流型消失.当液体折算速度为vsl=0.07 m/s时，其变化规律与vsl=0.049 m/s的情况类似.传统的地形严重段塞流的危害主要体现在:长液塞的迅速出流超出下游设备的处理能力，液气喷发容易诱发管线振动，下游设备长期经受冲击，以及管线内存在剧烈的压力和流量波动等［3］.水动力严重段塞流型也具有上述的危害，且该流型通常发生于气流速度较高的情况，其破坏力也是不可忽视的.因此，海洋输油管线系统内的水动力严重段塞流型也应是海底采油工程中需要关注和深入研究的内容之一.3 结论利用水平—下倾—立管组合管线系统，在气液进流量的多种组合下开展了实验研究，获得了水平管及立管内的流型图，重点研究了水动力严重段塞流形成机理、周期及其压力波动特性，并与地形严重段塞流的相关特性进行比较，得到以下结论: 1)水动力严重段塞流型在气体速度较高情况下出现，相比于地形严重段塞流，其发生范围较广，这大大拓宽了传统严重段塞流的范围，需要在工程设计上加以关注.2)水动力严重段塞流型具有周期特性，并会导致立管内部发生较为剧烈的压力波动.当液体流量值固定时，该流型周期和压力波动幅值存在一个极值点，并最终随气相折算速度的增加而消失.3)水动力严重段塞流的成因较为复杂，不仅与水平和下倾管线几何形状及相关几何参数有关，还与气液流量组合、流体物性等多种因素相关.因实验条件所限对其成因只进行了初步探讨，还有待于做更进一步的研究工作.参考文献:【相关文献】［1］李晓平，宫敬，沈建宏。

立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究

立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究近年来，由于线性稳定性和非线性稳定性，流动学及它在工程中的应用受到越来越广泛的关注。

在石油、化工、热能动力工程、水文工程、农业灌溉、矿产资源勘查等工程领域，流动特性研究对优化设计、提高工艺效率和优化管道系统性能等都具有重要的意义。

一般来说，在管道流动系统中，流动可以分为两类：瞬时流动和持续流动。

瞬时流动表明流体仅在给定的时间间隔内发生流动，这种流动通常发生在比较短的时间内。

持续流动指的是管道流体持续流动的情况，例如泡状流、段塞流和对流均可被看作是持续流动的一部分。

泡状流是一种高效流动，它采用两种不同的流体状态进行流动，分别是泡状流和非泡状流。

在流量较小的情况下，泡状流有助于提高系统的效率。

泡状流的流动特性的主要特点是，起始传输开始时，流量呈波动变化，每段传输以较低的初速度开始，随着传输的持续，流速逐渐增加，到达最高流速后，保持一个稳定的速度，之后流速会逐渐减小，直到流速下降到零。

段塞流是一种独特的流动状态，它特别适用于管径窄、长度大、流量低的情况。

其特点是，当流体流过一段流动时，它形成了一个均匀的流动段，在这段流动段中，出口流量保持稳定，而入口流量随时间的变化而改变。

因此，本文的目的是研究立管系统泡状流和段塞流的流动特性，以改善立管系统的流动性能。

首先，介绍了泡状流和段塞流的特性、流动机制及其影响因素，然后进行实验研究，采用试验管道测量流速、压力及噪声等参数，对立管系统泡状流和段塞流的流动特性进行研究。

实验结果表明：在给定的泵性能下，泡状流的流动特性具有以下特点：入口流量低于一定值时，泵的出口流量可以稳定地保持在一个较低的水平；当入口流量增加时，出口流量逐渐增加，流速以一定的步长增加；当入口流量高于某个值时，出口流量可以保持稳定，但是入口流量会影响出口流量波动的幅度；在较窄的管径下，由于增加的摩擦力，流量有一定的振幅，这是泡状流的一个独特性。

此外，研究结果表明，在给定的泵性能下，段塞流的流动特性具有以下特点：出口流量在一段时间内保持稳定，但入口流量随时间变化而变化，但不影响出口流量。

深海立管中严重段塞流特性模拟研究_邱伟伟

［6 ］
一个重要组成部分。管线中的相态计算与流动过程是相关的。为了简化计算，对沿线流体温度计算采用稳态计算模型。模型采用的凝析油气管线中温度计算模型
［8 ， 9 ］
焦汤效应等，是两相流温降显式考虑了沿线温降、计算公式，在相态、流动耦合计算中大大提高了计
； ρ m 为立管内气液混合段混合密度； u 为液塞
MV gh dP P M d（ P4 V gr ） g + = m dt ＲT dt ＲT d（ ρ l Au（ H － h2 ） + ρ m Ah2 u） h2 ）－ ρ m Agh2 = dt dL s u = dt dL s d h2 = ε dt dt 式中， V gh = （ L1 + L2 / cosθ）（ 1 － ε0 ） A； V gr = h2 （ 1 － ε） A； P4 = 0. 5 （ P1 + P p ）； P1 = P s + ρg （ H － h2 ）。
图2
液塞移动阶段示意图
当液塞尾部到达立管底部后，气体开始进入立管（图 3 ）。通过实验观察可以发现，气体以泰勒气
5466
科
学
技
术
与
工
程
13 卷
泡的形式进入液塞。液塞尾部之下呈现气液两相混合的状态。根据入口气液流速的不同，此时的两相流状态也不同，可呈现出泡状流、段塞流、环状流等状态。为了计算的方便，研究者们通常仅采用一种流型进行计算。现采用段塞流进行计算。在文 5］献［的基础之上建立气体进入立管的模型。
随着油气开发由陆地走向深海，海底管道运输已成为海上油气生产中油气传输的主要方式。海底管线中多相混输的应用能够削减海上平台工艺设施的建设费用，简化操作管理。深水压力较大，温度低，对海底混输管道提出了更为严格的要求。海底油田产出油及其伴生气经过井筒、海底管道、立管后，被输送到海洋平台预处理装置。在此混输过程中，容易出现一系列问题如段塞流、析蜡、水化物、腐蚀、固体颗粒冲蚀等，有的已经严重威胁到生产的正常进行和海底集输系统的安全运行。严重段塞流主要是由立管系统特殊的几何形状引起的。当立管系统上游管线为下倾管时，在油田开发末期或油气流速较小时，气液混合物流过下倾管后进入立管。在重力的作用下，液体在立管底部聚集，形成液塞。气体被堵塞在上游管线中。随着来流的增加，液塞向立管顶部和上游管线中增长。当液塞头部达到立管顶部的时候，液塞流出立

海洋立管系统严重段塞流瞬态数值模拟

海洋立管系统严重段塞流瞬态数值模拟宋博;李桐宇;王卫强;于爽;王红梅【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》【年(卷),期】2016(036)003【摘要】针对海底油气混输管线中常见的立管系统,采用OLGA多相流瞬态模拟软件,对立管系统中出现的严重段塞流进行了数值模拟.根据实际情况,建立基于双流体模型的物理模型,结合海底管道实际工况,设置相应边界条件,分析了不同流量下的流态流型、压力、持液率等参数随时间的变化特性.研究结果表明,在不同流量产生的严重段塞流下,立管系统中流态流型、压力、持液率等特性参数具有明显的周期性变化规律,流量对严重段塞流的形成及其流动参数影响很大.研究结果对实际生产和管路结构优化具有指导意义,可为复杂流动现象的预测和控制提供一种新的手段.【总页数】5页(P34-38)【作者】宋博;李桐宇;王卫强;于爽;王红梅【作者单位】辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺113001;中国石油湖南销售公司非油品业务中心,湖南长沙410000【正文语种】中文【中图分类】TE53【相关文献】1.海洋立管系统严重段塞流研究进展 [J], 闫容菊;王卫强;李梓萌;伍盛一;杨小辰2.气液混输管线与悬链线立管系统严重段塞流数值模拟 [J], 吕明琦;高嵩;李巍;尤云祥3.立管系统中严重段塞流的一维瞬态模型 [J], 刘淼儿;李清平;安维杰;宫敬;吴应湘4.基于CFD的海洋立管系统严重段塞流数值模拟 [J], 王琳;刘昶;李玉星;胡其会;王娅婷;王权5.输量对严重段塞流的影响数值模拟研究 [J], 董玉飞;王大强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究

立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究随着工业化、现代化发展，给人类带来着智能化、自动化、精确化服务，却也给我们带来了很多社会环境的污染。

污染的物质主要是某些有毒的溶解物，如氯和氨等，也包括溶解性有机物、悬浮物等。

因此研究如何调节水体的流动特性，从而有效地处理污染物质，已成为一个十分重要的课题。

立管系统是一种常见的水力学设备，其传统的立管系统由两部分组成，主要是以直立管径作为通道，连接活塞和定子圆管两部分。

管道中可能存在着多种液体，其中最常见的两种流动有泡状流、段塞流。

状流的特征在于，气泡的大小、形状、自由度和空腔的控制参数在流动过程中会有所变化，可以起到流程的平衡作用，从而减少紊流，提高整个管道的流动效率。

另一方面，段塞流主要是以岩石、气泡或沉淀物块等形成一系列段塞量，当液体通过段塞时，管内流动会面临着限制，从而导致流速减少，管内压力增加，管道流动会变得更加复杂。

因此，研究立管系统中泡状流和段塞流的流动特性，对污染物质的处理具有十分重要的意义。

本文将对比研究泡状流和段塞流的流动特性，着重讨论以下几个方面：（1）流特性分析；（2）影响泡状流和段塞流特性的因素；（3）仿真分析。

1.特性分析泡状流和段塞流的物理特性非常复杂。

比较泡状流和段塞流的流动特性可以分为三个方面：（1）流管径的变化；（2）水力特性；（3）液体的流动特性。

首先，由于气泡的存在，泡状流的管径可能会发生变化，从而影响整个管道的流动效率。

段塞流的管径变化则依赖于塞量的种类和数量，以及流体的流动速度。

此外，泡状流和段塞流的水力特性也有很大不同，例如涡度、压强、紊流系数等参数。

最后，泡状流和段塞流的液体流动特性也不同，泡状流中气泡的种类、形状、大小及其流动特性都将影响整个管道的流动，而段塞流中液体的激起及其震荡和碰撞也将影响整个管道的流动。

2.响泡状流和段塞流特性的因素泡状流和段塞流的流动特性有多种影响因素，主要包括管道结构、液体性质、流动特性、流速等参数的变化。

立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究

立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究
管系统泡状流和段塞流是一种特殊的多相流，它们的流动特性一直是人们争论的焦点之一。

研究这两种流动特性已经取得了一定的进展，但还有更多的研究需要做。

泡状流和段塞流的流动特性引起了很多的关注，主要是因为它们在工程实际应用中有着非常重要的意义。

这两种流动特性在实践中得到了广泛的应用，包括化工企业、石油行业、制药企业以及石油和天然气系统中的管道设施。

研究发现，在流体流动过程中，管系统泡状流和段塞流都会发生瞬时变化，受到流体特性影响，从而导致系统泡状流和段塞流的动态变化。

因此，要深入研究管系统泡状流和段塞流的流动特性，首先必须弄清楚两种状态之间的关系，探讨泡状流和段塞流之间的相互作用，以及不同情况下管系统泡状流和段塞流的运行特性。

此外，在研究管系统泡状流和段塞流的流动特性时，还需要对流体运动特征进行详细的分析，探究其不同流量下的流动行为，如粘度、黏度、扩散及流量分布等参数。

同时，要考虑泡状流和段塞流的流动特性在不同流体系统中的应用，包括关于流量传输的曲线、压力分布、压力损失的关系等。

此外，还可以对两种流动特性在矿物质滤纸过滤系统中的详细分析，以确定管系统泡状流和段塞流在矿物质滤纸过滤系统中的性质。

最后，还需要研究不同条件下泡状流和段塞流的发展趋势，以了解他们的运行特性及拓展应用领域。

可以看出，研究管系统泡状流和段塞流的流动特性具有非常重要的意义。

不仅了解了这两种特殊流动状态之间的关系，而且有助于提高系统的可靠性和正常运行。

因此，未来仍然有许多研究课题需要被探索，以逐步改善管系统泡状流和段塞流的流动特性，扩大其应用范围。

基于CFD的海洋立管系统严重段塞流数值模拟

基于CFD的海洋立管系统严重段塞流数值模拟王琳;刘昶;李玉星;胡其会;王娅婷;王权【摘要】利用CFD软件Fluent建立二维全尺寸仿真模型,对立管实验装置中的严重段塞流现象进行数值模拟研究.模拟方法中,采用液体体积函数(volume of fluid,VOF)法追踪气液界面;将长距离海底管道等效为箱体,以提高计算效率.模拟出了立管系统中的四种流型:典型严重段塞流(SSI)、严重段塞流Ⅱ (SSII)、过渡流型(SST)和稳定流动;并对这四种流型的模拟结果进行了实验验证.最后,对典型严重段塞流的瞬态流动特性进行了深入分析.结果表明:采用数值模拟方法计算效率高,可准确模拟严重段塞流现象,为长距离立管系统中严重段塞流研究提供了切实可行的模拟方法.模拟工况下,气液喷发的瞬时质量流量可达入口的2.5倍以上,气液平均流速可达入口的4.5倍以上,其瞬态流动特性的分析对严重段塞流危害的准确评估有重要意义.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)016【总页数】7页(P162-167,172)【关键词】海洋立管系统;严重段塞流;流型图;计算流体力学;数值模拟【作者】王琳;刘昶;李玉星;胡其会;王娅婷;王权【作者单位】中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,青岛266580;山东省油气储运安全省级重点实验室,青岛266580;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,青岛266580;山东省油气储运安全省级重点实验室,青岛266580;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,青岛266580;山东省油气储运安全省级重点实验室,青岛266580;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,青岛266580;山东省油气储运安全省级重点实验室,青岛266580;中煤科工集团重庆设计研究院有限公司,重庆400016;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,青岛266580;山东省油气储运安全省级重点实验室,青岛266580【正文语种】中文【中图分类】TE58在海洋石油开采中，油气混输是一种较为经济的输送方式。

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ｉｎｔｏｔｙｐｉｃａｌｓｅｖｅｒｅｓｌｕｇｆｌｏｗａｔｓｍａｌｌｌｉｑｕｉｄａｎｄｇａｓｒａｔｅｓ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗａｇｒｅａｔｄｅｓｔｒｏｙｏｎｄｏｗｎｓｔｒａｍｅ
ＸＵＥＪｕｎｚｈａｏ，ＤＥＮＧＤａｏｍｉｎｇ，ＣＨＥＮＸｉ，ＷＡＮＹｕｆｅｉ。
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薛君昭，邓道明，陈曦，万宇飞
（中国石油大学（北京）油气管道输送安全国家工程实验室，城市油气输配技术北京市重点实验室，北京１０２２４９；中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津３００４５２）
摘要：对深海油气集输主要形式之一的Ｓ形立管出现的严重段塞流进行了分类和流动特性的分析，得到关键
化
２０１５年第３４卷增刊１
工
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深海Ｓ形立管系统严重段塞流流动特性
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着输量增大，严重段塞流的周期和液塞长度均减小，周期规整性有所减弱；③ 油气组成在较小范围内变动，
对典型严重段塞流的影响不大；④ 增大管径或立管高度增大了严重段塞流的危险程度，大管径的深海集输管线一旦发生严重段塞流，将产生严重的后果；⑤ 随着分离器压力的增大，段塞周期增大，发生严重段塞流的
参数对该系统的影响情况，主要形成如下结论：①ｓ形立管典型严重段塞流同Ｌ形立管一样具有严格的周期
性，其形成过程可分为５个阶段，即下肢液塞形成、上肢液塞形成、液塞溢流、液塞喷发和液塞回流；② 随
ｓｈｏｗｓｔｈａｔ：① ＬｉｋｅｉｎｔｈｅＬ－ｓｈａｐｅｄｒｉｓｅｒ，ｔｈｅｓｅｖｅｒｅｓｌｕｇｌｆｏｗｉｎＳ－ｓｈａｐｅｄｒｉｓｅｒｄｉｓｐｌａｙｓｓｔｉｒｃｔ
ｌｉｑｕｉｄｓｌｕｇｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｕｐｌｉｍｂ，ｌｉｑｕｉｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｇａｓｂｌｏｗｏｕｔｓｔａｇｅａｎｄｌｉｑｕｉｄｆａｌｌｂａｃｋ． ②Ｔｈｅｃｙｃｌｅａｎｄ１ｉｑｕｉｄｓｌｕｇｌｅｎｇｔｈｏｆｔｙｐｉｃａｌｓｅｖｅｒｅｓｌｕｇｆｌｏｗｄｅｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒａｓｅｅｄｇａｓａｎｄ１ｉｑｕｉｄｒａｔｅｓ． ③Ｔｈｅ
后果越严重。
关键词：深海；油气集输；ｓ形立管；周期性；持液率
ＦｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｎｓｅｖｅｒｅｓｌｕｇｆｌｏｗｉｎＳ＿。ｓｈａｐｅｄｒｉｓｅｒｉｎｄｅｅｐ。。ｗａｔｅｒ
ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｉｎｔｈｉｓｗｏｒｋ，ｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｓｅｖｅｒｅｓｌｕｇｆｌｏｗａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔ