牛 朋 马焕英

(中海油田服务股份有限公司 天津 300459)

1 问题的提出

水平管气液两相流中会出现各种流型。目前有2种流型划分方法，一是按流动外形划分为气泡流、气团流、分层流、波浪流、段塞流、环状流、弥散流等流型[1-2]；二是按力学特性分为间歇流(包括气团流和段塞流)、分离流(包括分层流、波浪流和环状流)、分散流(包括气泡流和弥散流)等流型[3-7]。目前业内使用的Brill流型判别属于第1种流型划分方法。

Brill用空气-煤油、空气-润滑油为介质，在管径38.1 mm的管道内进行倾角影响流型的实验研究。若把流型分得过细，而某些流型事实上仅存在于很狭小的区域内，它们与其他流型的差别并不显著，亦很难客观地进行辨别。因此，Brill主张把流型只分为气团、分层、段塞、环状流4种。通过实验，Brill得出一组以无因次准数表示的，适用于各种管道倾角的流型分界相关式，流型的判别中，考虑了黏度、密度、表面张力以及倾角对流型的影响[8-10]，其形式如下：

1)θ>0(上倾角)，气团流—段塞流转型相关式为

NlwBS=10(lgNgw+0.940+0.074sinθ-0.855sin2θ+0.369 5Nl)

(1)

2)θ=任何值，段塞流—环状流间转型相关式为

(2)

3)θ≤0(水平和下倾角)，气团流—段塞流转型相关式为

NgwBS=10(0.431+1.132sinθ-3.003Nl-1.138lgNlwsinθ-0.429lg2Nlwsinθ)

(3)

4)θ≤0(水平和下倾角)，分层流边界相关式为

NlwST=10(0.321-0.017Ngw-4.267sinθ-2.972Nl-0.033lg2Ngw-3.925sin2θ)

(4)

在流型判别研究中，Mandhane流型图依据实验数据制作而出，具有较高参考价值。首先比较Mandhane流型图与Brill流型图的差别。低液速情况下，水平常规管道空气-水两相流Brill流型与Mandhane流型的对比如图1所示。由图1可以看出，水平常规管道Brill和Mandhane流型在液相折算速度较高时，环状流的分布比较吻合，而分层流(波浪流)的边界相差比较大，另外气团流和段塞流的分界差别也很大。