垂直多相管流总结

会计学1垂直多相管流总结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第1页/共50页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，具有不准确性第2页/共50页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，求解复杂第3页/共50页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4页/共50页第一类划分方法：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5页/共50页第二类划分方法：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、流动型态第6页/共50页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第7页/共50页一、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第8页/共50页折算速度(superficialvelocity):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、流速第9页/共50页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。

第10页/共50页真实含气率(voidfraction):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(liquidholdup):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。第11页/共50页8.真实含气率与体积含气率间的关系。第12页/共50页流动密度: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。第13页/共50页滑差(滑脱速度)SlipvelocitySlippagevelocity气液两相实际速度之差。滑动(滑移)比

Slipratio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）第14页/共50页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。第15页/共50页（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。第16页/共50页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第17页/共50页

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第18页/共50页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。第19页/共50页一、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20页/共50页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）第21页/共50页特点针对性强，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）第22页/共50页天然气压缩因子。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。Z<1实际气体较理想气体易压缩Z>1实际气体较理想气体难压缩Z＝1实际气体成为理想气体实际气体与理想气体的差别。第23页/共50页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。

②溶解气油比Rs↗,μo↘第24页/共50页气体的体积流量液体的体积流量总体积流量Qo×Bo原油的体积流量Qo×Bo+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。第25页/共50页井筒中某点(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。

Qo×Bo（自己加）第26页/共50页

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）第27页/共50页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，Bo>1。3、原油体积系数（自己加）第28页/共50页影响因素分析：①组成③温度T↑

，Bo

④压力P↓,Bo当P>Pb时，

P↓,Bo

当P<Pb时，当P=Pb时，Bo＝Bomax②溶解气油比Rs↑,Bo轻烃组分所占比例↑，Bo↑↑↑↓↑（自己加）第29页/共50页影响因素分析：轻烃组分所占比例↗,μo①组成③温度T↗，μo④压力②溶解气油比Rs↗,μoμo～P、T关系P↗,μo当P>Pb时，P↗,μo

当P<Pb时，当P=Pb时，μo＝μomin

4、原油粘度↘↘↘↘↗（自己加）第30页/共50页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）第31页/共50页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。

第32页/共50页（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。第33页/共50页

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）第34页/共50页嘴流规律

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）第35页/共50页前次课复习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）第36页/共50页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经验方法机理模拟方法Duns-Ros方法、Hagedorn-brown方法、Orkiszewski方法、Aziz方法等Hasan-Kabir方法、Ansari方法经验模型机理模型使用方便；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。第37页/共50页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。第38页/共50页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，不用于流速的计算第39页/共50页3当量粗糙度环空的当量粗糙度——环空的当量粗糙度；——外管的绝对粗糙度；——内管的绝对粗糙度。式中1976年Cornish提出De仅仅用于摩擦阻力的计算，不用于流速的计算第40页/共50页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。第41页/共50页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）第42页/共50页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）第43页/共50页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）第44页/共50页2Lockhart-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）第45页/共50页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