[科普中国]-气液两相流动

流态

在垂直管两相流动中主要存在四种流态, 即泡状流、段塞流、过渡流和雾状流。在泡状流中, 油管几乎全部为液相充满, 游离气相以小气泡的形式出现, 气泡对压力梯度影响很小。在段塞流中, 气体和液体都对压力梯度有明显的影响, 气泡合并形成段塞形式, 但液相仍是连续的。在过渡流中, 液相从连续相过渡到分散相, 气相从分散相过渡到连续相, 液相对压力梯度的影响仍存在, 但气相的作用已上升到主导地位。在雾状流中液相以小液滴的形式夹带在气相中, 气相控制着压力梯度, 管壁上有一层液膜。1

哈格多恩( Hagedorn) 和布朗(Brown) 方法1965 年, Hagedorn 和Brown 根据能量守恒原理导出了气水同产井的压力梯度方程:

式中

Δp———垂直管压力增量, Pa;

ΔH———垂直管深度增量, m;

ρm ———气液混合物密度, kg/ m3 ;

g———重力加速度, m/ s2 ;

fm———两相摩阻系数;

ql———地面产液量, m3/ s;

Gt———地面标准条件下, 每产1 m3 气体, 伴生油、气、水的总质量, kg/ m3 ;

D———油管内径, m;

v———气液混合物速度, m/ s。

1、气液混合物密度的确定

式中

ρl———液相密度, kg/ m3;

ρg———气相密度, kg/ m3;

Hl———持液率, 小数。

在哈格多恩和布朗关系式中, 持液率Hl 不是测得的。为了确定Hl , 引入几个无因次数, 如液相速度准数( Nrl )、气相速度准数( Nrg )、管径准数( ND ) 及液相粘度准数( Nl )等。其间, 为了减小由于压力变化而造成数据分散, 引入了压力比参数( p/ p0 ) 和一些系数, 作出了三个曲线图。通过这些图可以得到持液率, 进而求得气液混合物的密度。

2. 两相流摩阻系数的确定

两相流摩阻系数可由穆迪(Moody) 图版确定。雷诺数计算公式如下:

式中

μl———液相粘度, Pa·s;

μg ———气相粘度, Pa·s。

其余符号意义同前。1