点时，管道内的流动由段塞流开始转变为泡状流。
[0039]下面举例说明上述判断准则的适用性:
[0040]图1为气、液两相混合速度不变的前提下(Um= 10m/s)，采用Bhagwat模型得到的常压下内径为50.8mm的水平圆管内空气、水两相流的漂移速度Utl随液相折算速度U %的变化规律，由图中可以看出，随着液相速度的增大漂移速度先增大后减小，采用Taitel在1976年得到的流型图判断发现在图1中虚线左侧区域为分层流，而右侧区域为段塞流。由此可以看出，当漂移速度Utl处于拐点位置时，管内流型由分层流转变为段塞流，从而可以判断水动力段塞的形成。图2为Um= 10m/s时(U SL= 0.001?9.999m/s)U。随U %的变化规律，为突出显示各流型的区域，横坐标采用对数坐标的形式，图中两条虚线分别表示:分层流与段塞流的边界(左侧)，以及段塞流与泡状流的边界(右侧)；图2中左侧虚线即图1中的虚线，而漂移速度右侧虚线所处位置处有一个微小的转折点，原因是由于段塞流与泡状流时相分布的差异，造成漂移速度随折算液速的变化规律在段塞流区域与泡状流区域并不一致，因此右侧虚线为段塞流与泡状流的边界，可以作为水动力段塞流消失的判别准则。
[0041]为进一步验证此种判别方法的有效性，分别针对不同的混合速度得到了流型转变的临界气、液相折算速度，并与Taitel得到的经典段塞流判别准则进行比较(如图3所示)，由图可以看出，本发明多得到的段塞流发生区域的临界气、液相流速与经典的Taitel与Dukler模型基本一致。
[0042]本发明所提出的分层流到水动力段塞流的转换边界的物理意义解释如下:当两相混合速度固定不变时，在分层流区域，漂移速度随的折算液速的增加而增加；随液相流速继续增大，流动转变为段塞流，此时由于管内气相相分布发生变化，以长气泡的形式流动，因此其漂移速度会逐渐降低；液相流速进一步增大，长气泡破碎成为弥散的小气泡，漂移速度进一步降低，直至漂移速度减小至一定值后趋于稳定，此时气、液两相间基本无滑移。
[0043]3)基于步骤2)所提出的判断准则的基础上，提出液塞区体积分数α的概念，其可以作为水动力段塞流的量化判据，具体判定方法如下:当α〈O时即表示管道中没有液塞区域，即为分层流；当0〈 α〈I时，表示管道中有液塞区以及Taylor气泡区，此时流动为段塞流；当α >1时，表示液塞区充满整个管道，此时流动为泡状流。
[0044]其中，液塞区体积分数α的物理意义为:液塞区长度占总管长的比例，其表达式如下:
[0045]α — (HL_av-HL_ST) / (HL_SL_HL_ST)
[0046]上式中，Hwv表示管内的总体平均液相相含率；HmT表示Taylor气泡区的液相相含率表示液塞区的液相相含率。
[0047]其中:HL_av、Hl_st和H L_SL可通过下式得到:
[0048]HL_av= 1_U SG/UG= (U SL+U0 (Usl) ) / (UM+U0 (Usl))
[0049]Hl_st — 1-U sg-st/Ug-st — (U SL-ST+U0 (USL_ST) ) / (UM+U0 (USL_ST))
[0050]Hl_sl — 1-U sg-sl/Uq-sl — (U sl-sl+Uo (Usl-sl) ) / (?+? (USL_SL))
[0051]上式中，USL_ST表示Taylor气泡区的液相折算速度；U SG_ST表示Taylor气泡区的气相折算速度；Ue_ST表示Taylor气泡区的气相速度；U 表示液塞区的液相折算速度；Usei表示液塞区的气相折算速度表示液塞区的气相速度。
[0052]本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
【主权项】
1.一种水平及微倾斜管内气液两相水动力段塞流的判别方法，包括以下步骤: 1)在漂移流关系式的基础上，基于实验结果得到的液相相含率H_EXP，改进漂移速度Utl的表达式，改进后的Utl为液相折算速度U a的函数: U0 (Usl) = Ug-Um= U SG/ (1-Hm5xp)-Um=(Um-Usl)/(1_Hl_exp)-Um 上式中，Ue表示气相速度；UM表示气液两相的混合速度表示气泡在静止液体中的上升速度(也称漂移速度)；ua表示液相折算速度；u se表示气相折算速度； 2)根据Utl随Ua的变化规律关系式，绘制漂移速度U cM液相折算速度U a的曲线，并根据曲线形态判断气液两相水动力段塞流，具体的判断准则为:当漂移速度Utl随液相折算速度队^的增大而递增时，管道内的流道为分层流；当漂移速度U ^出现由递增变为递减的拐点时，管道内的流动由分层流开始转变为段塞流；在漂移速度Utl的递减段，当出现曲线线型发生变化的转折点时，管道内的流动由段塞流开始转变为泡状流。2.如权利要求1所述的一种水平及微倾斜管内气液两相水动力段塞流的判别方法，其特征在于:在所述步骤2)判断准则的基础上，以液塞区体积分数α作为水动力段塞流的量化判据，具体判定方式如下:当α〈O时即表示管道中没有液塞区域，即为分层流；当0〈(!〈I时，表示管道中有液塞区以及Taylor气泡区，此时流动为段塞流；当α>1时，表示液塞区充满整个管道，此时流动为泡状流； 其中，液塞区体积分数α的物理意义为:液塞区长度占总管长的比例，其表达式如下: α = (HL-av_HL_ST) / (Hl_sl_Hl_st) 上式中，Hwv表示管内的总体平均液相相含率；HmT表示Taylor气泡区的液相相含率；凡1表示液塞区的液相相含率。3.如权利要求2所述的一种水平及微倾斜管内气液两相水动力段塞流的判别方法，其特征在于:液塞区体积分数α表达式中的Ht和H ^由下式得到: Hl= 1-U sg/Ug= (U SL+U0 (Usl) )/(UM+U0 (Usl))Hl-ST — 1_U sG-St/Ug-ST — (U SL-ST+U0 (USL_ST) ) / (UM+U0 (USL_ST)) Hl-SL= 1-Usg-sl/Ug-sl= (Usl_sl+U0(Usl_sl))/(Um+U0(Usl_sl)); 上式中，Ua_ST表示Taylor气泡区的液相折算速度；U Se-ST表示Taylor气泡区的气相折算速度；Ue_ST表示Taylor气泡区的气相速度；U 表示液塞区的液相折算速度；U 表示液塞区的气相折算速度；％1表示液塞区的气相速度。
【专利摘要】本发明公开了一种水平及微倾斜管内气液两相水动力段塞流的判别方法，包括以下步骤：1)在漂移流关系式的基础上，基于实验结果得到的液相相含率HL-EXP，改进漂移速度U0的表达式，改进后的U0为液相折算速度USL的函数；2)根据U0随USL的变化规律关系式，绘制漂移速度U0随液相折算速度USL的曲线，并根据曲线形态判断气液两相水动力段塞流，具体的判断准则为：当漂移速度U0随液相折算速度USL的增大而递增时，管道内的流道为分层流；当漂移速度U0出现由递增变为递减的拐点时，管道内的流动由分层流开始转变为段塞流；在漂移速度U0的递减段，当出现曲线线型发生变化的转折点时，管道内的流动由段塞流开始转变为泡状流。
【IPC分类】G01M10/00
【公开号】CN104897364
【申请号】CN201510333791
【发明人】郭烈锦, 程兵, 李清平, 李文升, 姚海元, 谢晨, 周宏亮, 秦蕊, 王凯
【申请人】中国海洋石油总公司, 中海油研究总院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月16日