垂直管道内油-水两相环状流的流动特征

摘要

通过实验,分别研究了垂直上升和垂直下降管道内油水两相混合液的流动特征.实验段管道的内径为25 mm,垂直段长度为1500 mm.同时,为了得到油水两相环状流流型,分别在垂直管道的入口和出口处安装有收缩和扩张管道.实验中的油相为白油(97 mPa/s,860 kg/m3),水为普通生活用水(1 mPa/s,998 kg/m3),含油率范围为0～100％,混合速度为0.28～4.65 m/s.研究中,分别采用压力传感器、高速摄像机和快关阀对管道中两相流动的压降、流型和含油率等特征进行了测量和记录,并采用两流体理论模型对流动中的摩擦压降进行预测.通过研究得出,流动中形成的水包裹油的广义环状流型,可以很好地降低摩擦压降,并可以将摩擦压降分为壁面摩擦和界面摩擦两部分,采用两流体理论对压降梯度进行预测,误差小于20％;由于油水两相间的密度差和截面相分布特征,使两相之间存在速度滑移,文中通过速度滑移率的数值给出了定量描述,可以看出垂直上升和下降管道内的油相的相速度值均高于水相,且在含油率为60％～80％时其差值达到最大,且混合液的速度对速率滑移也有较大的影响.