垂直多相管流总结.ppt

课程复习,第一章 绪论 相，气液两相管流的基本特征 相是体系中具有相同化学组成和物理性质的一部分，与体系的其它均匀部分由界面隔开。 体系中存在相界面 两相的分布情况多种多样 两相流动中存在滑脱现象 沿程流体体积流量有很大变化，质量流量不变。 2. 气液两相流动的研究方法 经验方法 半经验方法 理论方法,1. 经验方法 从气液两相流动的物理概念出发，或者使用因次分析法，或者根据流动的基本微分方程式，得到反映某一特定的两相流动过程的一些无因次参数，然后依据实验数据整理出描述这一流动过程的经验关系式。,优点：使用方便，在一定条件下能取得好的结果,缺点：使用有局限性，且很难从其中得出更深层次的关系,2 半经验方法 根据所研究的气液两相流动过程的特点，采用适当的假设和简化，再从两相流动的基本方程式出发，求得描述这一流动过程的函数关系式，最后用实验方法确定出函数关系式中的经验系数。,优点：有一定的理论基础，应用广泛,缺点：存在简化和假设，具有不准确性,3 理论分析方法 针对各种流动过程的特点，应用流体力学方法对其流动特性进行分析，进而建立起描述这一流动过程的解析关系式。,优点：以理论分析为基础，可以得到解析关系式,缺点：建立关系式困难，求解复杂,3. 流动型态及流型图的定义,定义：两相流动中两相介质的分布状况称为流型或两相流动 结构。 定义：描述(表示)流型变化及其界限的图。把流型变换的实验数 据加以总结归纳后，按照两个或多个主要的流动参数绘成 曲线，便可以得到流型图。,第一类划分方法：根据两相介质分布的外形划分,垂直气液两相流流型,水平气液两相流流型,4. 流型的两类区分方法以及相互关系,第二类划分方法：按流动的数学模型或流体的分散程度划分 分散流、间歇流和分离流三种,第一类划分方法较为直观,第二类划分方法便于进行数学处理,第一类划分方法,泡状流,弹状流或团状流,层状流,波状流,段塞流或冲击流,环状流,雾状流,第二类划分方法,分散流,间歇流,分离流,分离流,间歇流,分离流,分散流,三、流动型态,5. 相速度与折算速度的区别。,相速度：单位相面积所通过的该相体积流量,m/s,折算速度:又称表观流速，假定管道全被一相占据时的流动速度 , m/s,一、流量,质量流量: 单位时间内流过过流断面的流体质量，kg/s,体积流量: 单位时间内流过过流断面的流体体积，m3/s,二、流速,实际速度(velocity) : 单位相面积所通过的该相体积流量,m/s,气相实际速度,液相实际速度,折算速度(superficial velocity):又称表观流速， 假定管道全被一相占据时的流动速度 , m/s,气相折算速度,液相折算速度,两相混合物(平均)速度,混合物的质量速度,二、流速,6 . 质量含气率与体积含气率之间的差别。,质量含气率：单位时间内流过过流断面的混合物总质量G中气相质量所占的份额。,体积含气率：单位时间流过过流断面两相流体(混合物)总体积Q中气相所占的份额。,真实含气率(void fraction): 又称截面含气率或空隙率， 为任一流动截面内气相面积占总面积的份额(气相面积与管道总面积之比)。,真实含液率(liquid holdup): 又称截面含液率或持液率， 为任一流动截面内液相面积占总面积的份额(液相面积与管道总面积之比),7. 真实含气率与真实含液率的定义。,8.真实含气率与体积含气率间的关系。,流动密度: 单位时间内流过过流断面的混合物质量与体 积之比。,真实密度：在流道上取微段，微段内两相流体的质量 与容积之比,9. 流动密度与真实密度的定义。,滑差(滑脱速度) Slip velocity Slippage velocity 气液两相实际速度之差 。,滑动(滑移)比 Slip ratio 气相实际速度与液相实际速度之比。,三、滑差和滑动比,（自己加）,1.常用的气液两相流动模型。,常用的模型有均相流动模型、分相流动模型和漂移流动模型、流动型态模型等。,（1）气相和液相的实际速度相等，即 （2）两相介质已达到热力学平衡状态，压力、密度互为单值函数。,对于泡状流和雾状流，具有较高的精确性 对于弹状流和段塞流，需要进行时间平均修正 对于层状流、波状流和环状流，则误差较大,两个假定,特点,定义：把气液两相混合物看成均匀介质，其物 性参数取两相的均值而建立的模型,2.均相流动模型建立的假设条件及适用范围。,3. 从能量平衡方程得到多相流压力梯度表达式。,动能损失,重位损失,摩擦损失,分相流动模型简称分流模型。它是把气液两相流动看成为气、液相各自分开的流动，每相介质都有其平均流速和独立的物性参数。因此需要建立每一相介质的流体动力特性方程式。这就要求预先确定每一相占有过流断面的份额（即真实含气率）以及介质与管壁的摩擦力和两相介质之间的摩擦阻力，这些数据目前主要是利用试验研究所得的经验关系式。 分流模型的基本假设是： (1) 两相介质有各自的按所占断面积计算的断面平均流速； (2) 虽然两相介质之间可能有质量交换，但两相之间处于热力学平衡状态，压力和密度互为单值函数。,分流模型适用于层状流、波状流和环状流。,4. 分相流动模型建立的假设条件及适用范围,5. 与均相模型和分相模型相比，漂移流动模型的优越性。 均流模型中，没有考虑两相间的相互作用，而是用平均流动参数来模拟两相介质；分流模型中，尽管在流动特性方面分别考虑了每相介质以及两相界面上的作用力，但是每相的流动特性仍然是孤立的；而在而在漂移流动模型中，既考虑了气液两相之间的相对运动，又考虑了空隙率和流速沿过流断面的分布规律。,一、漂移模型的主要参数,1. 漂移速度和漂移流率,气相的漂移速度,液相的漂移速度,对于均质混合物 流动,局部速度,局部空隙率,（自己加）,第四节 流动型态模型,定义：将气液两相流动分成几种典型的流动型态， 按不同流动型态分别建立流动的机理模型,依据：不同的流动型态具有不用的流动机理， 同一种流动型态范围内，其流体力学特征基本相同,模型组成：流型的判别方法，每一流型流动参数的计算方 法。 流型分类：可采用第一类方法，也可采用第二类方法。,（自己加）,特 点,针对性强，精确度高 数学处理复杂，计算量大 流型界限确定困难,流动型态模型是已有计算模型的主体和未来的研究方向,模型应用：首先判别流型，再选择模型计算流动参数,（自己加）,天然气压缩因子。,一定温度和压力条件下，一定质量气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占有的体积之比。,实际气体与理想气体的差别。,课程复习 第三章 油藏流体高压物性计算,2. 溶解汽油比 用接触脱气方法得到的地层原油所溶解气体的标准体积与地面脱气原油的体积之比，标m3/m3。 3. 已知某不饱和油藏单井生产时，地面油产量Qo，生产气油比Rp，不含水，井口温度和压力分别为T0和p0，计算井筒中某点(压力和温度为T和p)油相和气相实际体积流量。,气体的体积流量,液体的体积流量,总体积流量,QoBo,原油的体积流量,QoBo+Qw,（自己加） 已知某不饱和油藏单井生产时，地面油产量Qo，生产气油比Rp，井口温度和压力分别为T0和p0，计算井筒中某点(压力和温度为T和p)油相和气相实际体积流量。,井筒中某点(温度和压力分别为T 和p)油相和气相实际体积流量的计算步骤。,QoBo,（自己加）,在进行气液两相流动的有关计算中，常需要确定工作条件下原油、天然气、水及其混合物的物性参数。客观地讲，确定这些物性参数最根本、最精确的方法是实验测定。然而，实际生产设计和计算中所遇到的原油、天然气及水的组成、工作温度和工作压力等的范围都非常广泛，完全依赖实验方法测定各种工况条件下的油、气、水及其混合物的物性参数是很困难的。另外，过去曾一度建立和使用的许多物性参数图版，也都难以适应目前广泛应用电子计算机进行工程计算的要求。 因此，为了便于利用电子计算机进行气液两相流动的计算，建立原油、天然气、水及其混合物物性参数计算的相关公式是非常必要的。,高压物性参数计算必要性：,（自己加）,地层油的体积系数又称原油地下体积系数，是指原油在地下体积(即地层油体积)与其在地面脱气后的体积之比。,一般地，Bo1。,3 、原油体积系数,（自己加）,影响因素分析：, 组成, 压力,当P=Pb时，Bo Bomax,轻烃组分所占比例 ，Bo,（自己加）,影响因素分析：,温度,T，o,压力,o P、T 关系,当P=Pb时，o omin,4 、原油粘度,（自己加）,第三章 多相流体温度分布计算,在多相管流压力计算中，首先要计算油藏流体的高压物性，而流体的高压物性对压力和温度非常敏感，因而准确预测多相流体的温度是压力计算的基础。另外，油藏流体在地层中温度高，沿井筒向地面流动过程中，随着不断散热，其温度将不断降低，油温过低可能导致原油结蜡，因而多相流体温度的准确预测对怎样采取防蜡措施，是否增加井口加热设备等是很重要的。,（自己加）,多相管流压力分布计算的分段、迭代方法,由于多相管流中每相流体影响流动的物理参数(密度、粘度等)及混合物密度和流速都随压力和温度而变，沿程压力梯度并不是常数。因此，多相管流需要分段计算,然而，这些参数又是压力和温度的函数，压力却又是计算中需要求得的未知数。所以，多相管流通常采用迭代法进行计算。,按压力增量迭代 按深度增量迭代,2. 垂直气液两相流的流型 泡状流、弹状流、段塞流、环状流、雾状流。,（自己加）,泡状流特点：气体是分散相，液体是连续相； 滑脱现象比较严重,摩擦较小。,段塞流特点：气体膨胀能得到较好的利用； 滑脱损失变小；摩擦损失变大。,环状流特点：气液两相都是连续相； 滑脱损失变小； 摩擦损失变大。,特点：气体是连续相，液体是分散相； 气、液之间的相对运动速度很小； 可以忽略滑脱。,临界流动：流体的流速达到压力波在流体介质中的传播速度时的流动状态。,嘴流示意图,嘴流规律,（自己加）,嘴流规律,关系曲线,根据热力学理论，气体流动的临界压力比为：,空气流过喷管的临界压力比为：,天然气流过喷管的临界压力比为：,在临界流动条件下，流量不受嘴后压力变化的影响。,（自己加）,前次课复习,1 对环空气液两相流动的两种处理方法。,(1) 水力当量直径法 (2) 环空气液流动法,2 油水之间存在滑脱时，密度的变化。,（自己加）,课程复习 第五章 垂直气液两相流计算,3. 经验方法和机理模拟方法的特点,Duns-Ros方法、Hagedorn-brown方法、Orkiszewski方法、Aziz方法等,Hasan-Kabir方法、Ansari方法,使用方便；以实验结果为依据，适用范围和计算精度受到限制。,理论依据较严格，适用范围较广，计算精度较高，但并未完全脱离实验。,经验模型,机理模型,根据因次分析等方法得到反映某一特定的流动过程的一些无因次参数，然后依据实验数据整理出描述这一流动过程的经验关系式。,依据流体力学基本原理，对多相流体流动现象进行严格的描述，并与部分实验结果相结合得到流型的判别模型和流动参数的计算公式。,4. 怎样计算垂直同心环空管道的当量直径和当量粗糙度,De 仅仅用于摩擦阻力的计算，不用于流速的计算,3 当量粗糙度,环空的当量粗糙度,1976年 Cornish提出,De 仅仅用于摩擦阻力的计算，不用于流速的计算,课程复习 第六章 水平气液两相流计算,泡状流、团状流、分层流、波状流、冲击流、环状流、雾状流。,1. 水平气液两相流的流型,比较 “洛克哈特马蒂内利”方法和“贝克”方法的 区别与联系。,联系：两者都采用摩擦阻力的分气相折算系数的方法； Baker方法在处理雾流时采用L-M方法气液两相为紊流的处理方法。,区别：(1) Baker方法分流型计算， L-M方法分流态（层流、紊流）计算； (2) Baker方法适用于大管道和大流量条件， L-M方法适用于小管道和小流量条件。,水平气液两相流的流型及特征。,前次课复习,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。,（自己加）,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。,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，或散成液滴，或与气体一起形成泡沫。,前次课复习,（自己加）,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，要求更大的断面积供其通过。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。,流动形态,（自己加）,2 Lockhart-Martinelli方法计算水平气液两相流压降的思路？,前次课复习,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,（自己加）,课程复习 第七章 倾斜气液两相流计算,气液两相倾斜管流中，持液率与倾角有怎样的依存关系？原因是什么？,这是因为重力和粘滞力对液相的综合影响所致。在上坡流动中，当管子角度沿正方向增加时，作用在液体上的重力使液体的流速减小，因而增加了滑脱和持液率。随