气液混输组合管线系统严重段塞流特性实验.pdfVIP

第 3 期 • 33 • 司练武，等 气液混输组合管线系统严重段塞il特性实童 倾管倾斜角度下严重段塞流发生规律z 罗小明等(13) 对严重段塞流液塞速度及其长度随气液折算速度与下倾 管倾角的变化规律进行了实验研究;何利民等。。进一步针对严重段鑫流周期变化规律开展了实验研究. 此外，立管高度也是影响严重段塞流特性的重要因素之一，但相关研究国内外文献鲜有报道。鉴于此， 本文利用水平-下倾-立管组合系统，研究两种不同高度立管在各种典型气液折算速度组合下，严重段塞流 的流型变化特征及其流动参数变化规律. l 实验系统与方法 实验管道设计为一个水平-下倾一立管组合系统， 如固 1 所示. 其中， HI 为水平管段，长度 Lz = 16.692 mó 1]为下倾管段，长度 乌 =0.691 m，倾角 P =-3.,JK 为立管段，高度分别为1. 74 m 和 3.74 mó 管道内径为0.026 m. 水路系统由集水银、水泵、稳压 水箱、液体流量计量及控制苦苦等组成，气路系统由空气 d一气体造口; B-气体流量计量及控制器; C-一集水.: D-液体进口; 压缩机、稳压气罐、气体流量计量及控制器等组成。气止一水累; F-a压水籍; G-被停流量计量及撞倒籍; H-气被混合蕃 液混合器设置在 H 处，它与被体人口 G 之间的距离为 图 1 实验系统示意图 L 1 =4.455 m。 气液流量分别通过流量控制计测量调节，保证进流量稳定，并通过稳压水箱和稳压气罐提供稳定的气液 实验背压.在实验过程中，通过调节气液两相混输管道人口处两相质量流量，来实现对入口气液折算速度的 调节，气液折算速度范围为 0.036 m/s- l. 45 m/ s. 2 实验结果与分析 2.1 严重段鑫流形成机理及流态变化 通过现场实验观察，对严重段塞流的生成过程可描述如下:在水平与下倾管内气液分层流动时，液体受 到重力作用在下倾管与立管连续处积聚形成液塞，该液塞将气体绪在水平与下倾管内，形成一个气体压缩空 间4 由于立管内液塞高度变化带来的底部静水压力增加值大于气体压缩空间所产生的压力增加值，使得气体 压缩空间保持封闭，并随着水平管人口气液持续流入，气体不断被压缩，液鑫不断增长s 当液塞长度超过立管 长度即形成严重段*流. 对严重段塞流形成机理可总结如下:(1)液体能积聚在立管底部形成液塞，并阻止气体进入立管，形成封 闭的气体压缩空间以2)液塞高度变化带来的立管底部静水压力增加值大于气体积聚压缩空间的压力增加 值。由此可知，立管高度对严重段塞流的形成条件并不产生关键性的影响. 严重段塞流是一种具有明显周期性的流动现象，根据其气液流动特征的变化，在一个周期内可分为液塞 形成、液塞出流、液气喷发及液体回流 4 个阶段，如图 2 所示。 当水平管人口气体进流量较大时，出现了一种液塞头部尚未到达立管出口，气体即进入立管内的流动现 象，其所形成的液塞长度小子立管高度;当水平管人口液体进流量较大时，出现了一种在立管内气体间歇出 流而无液体断流的现象，这两种现象仍都具有周期特性和剧烈压力波动，因而也称他们为严重段塞流，分别 定义为严重段塞流 11 型和 III 型(简称为 SSII 和 SSIll流型) ，将液塞长度大于立管高度的严重段塞流称为I 型(简称为 SSI 流型)。此外，实验中还观察到了间歇流和搅混流两种流动现象. 由图 3 可知: (1)在两种立管高度下，SSI 流型的发生区域没有明显改变.这是由于实验中仅改变了立管离度，而水 平与下倾管中气体压缩空间没有发生变化.自严重段鑫流形成机理(2)可知，在校短高度立管中形成严重段 *流的气液折算速度组合，在较长立管肘，由于立管内液塞高度变化带来的压力糟加值仍大于水平与下倾管 中气体压缩空间的压力增加值而使液塞在立管中不断增长，并最终形成严重段鑫流现象. • 34 • 中国海洋平台