倾斜气液两相流的计算

前次课复习水平气液两相流的流型及特征。Lockhart-Martinelli方法计算水平气液两相流压降的思路？Lockhart-Martinelli方法与Baker方法的联系与区别。根据泰特尔-杜克勒流型确定方法，分层流转变为冲击流或环状流的判别条件？3Baker方法与Lockhart-Martinelli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。当满足上述条件时，分层流是开展为冲击流，还是开展为环状流？泰特尔和杜克勒认为，唯一的决定因素是管内的液面高度。波浪增大时需要从邻近波浪两侧的管路内补充液体，引起波浪两侧出现波谷，而使管内液面形状类似于正弦波。当管内平均液面高于管中心线时，即>0.5，那么分层流将转变为冲击流；当平均液面低于管中心线时，即<0.5，管内没有足够的液体使波峰到达管顶，于是管内液体被高速气流吹向管壁形成环状流。因此，泰特尔和杜克勒选=0.5作为冲击流和环状流的转变界限。自分层流转变为冲击流或环状流的判别当油气集输管线穿越丘陵及多山地带或铺设在海底并向上倾斜延伸到海岸时，集输管线与水平方向存在一定的倾角，因而将水平管中气液两相流动的压差计算方法用于这种倾斜流动时常是不成功的。这是因为，倾斜管中气液两相混合物在上升时具有重位压差，且重位压差常大于其摩阻压差；同时，由于下坡流动时气液混合物的密度及持液率通常要比上坡时小得多，从而使气液两相倾斜管流上坡时的压力损失在下坡地段是难以象单相流动那样完全恢复。第七章倾斜气液两相流的计算第一节贝格斯-布里尔方法Beggs-Brill方法是可用于水平、垂直和任意倾斜气液两相管流动计算的方法，是1973年Beggs和Brill根据在长15m，直径1inch和1.5inch透明管中，用空气和水进行实验的根底上提出的，得出了持液率和阻力系数的相关规律。

气体流量0～0.098m3/s； 液体流量0～0.0019m3/s； 持液率0～0.87m3/m3； 系统压力241～655kpa(绝对压力)； 压力梯度0～18kPa/m； 倾斜度-900～+900； 流型水平管流动的全部流型。实验参数范围贝格斯-布里尔方法一、根本方程单位质量气液混合物稳定流动的机械能量守恒方程为右端三项分别表示：重力梯度、摩擦梯度和加速度梯度即贝格斯-布里尔方法

1．重力压力梯度

2．摩擦压力梯度克服管壁流动阻力消耗的压力梯度消耗于混合物静水压头的压力梯度3．加速度压力梯度由于动能变化而消耗的压力梯度贝格斯-布里尔方法同样假设气体质量流速的变化远小于气体密度的变化，所以根据气体的状态方程:由于液体和气体压缩性上的差异，可以假设：所以可以假设因此贝格斯-布里尔方法所以4．总压力梯度贝格斯-布里尔方法贝格斯-布里尔方法二、持液率的计算贝格斯和布里尔根据实验数据绘制了一定流量下持液率与倾斜角度之间的关系曲线，如下图。

持液率与角度的关系曲线曲线大约都在与水平方向成±50°的地方发生翻转。重力和粘滞力对液相的综合影响贝格斯-布里尔方法气液流量配比一定的情况下，气液滑脱程度越大，那么持液率数值越大在不同的气液两相倾斜流动状况下，管道倾角的变化将引起流体的重新分布，从而使得重力和粘滞阻力对液相产生不同的影响，最终引起滑脱速度和持液率的变化贝格斯-布里尔方法上坡流动：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。随着角度的进一步增加，液体在管子里全部搭接起来，减少了两相之间的滑脱，因而也减小了持液率。角度对持液率影响角度对持液率影响下坡流动：当角度沿着负方向增加时，使液体的流速增加，因而减小了滑脱和持液率。随着角度沿负方向的进一步增加，有更多的液体与管壁接触，粘性的拖拽使得液体的流速减小，持液率增加。贝格斯-布里尔方法1、两相倾斜管流的持液率倾斜流动的持液率

持液率与角度的关系曲线倾角校正系数与角度的关系曲线倾斜校正系数与倾斜角之间关系如右下图所示贝格斯-布里尔方法图中的曲线可回归为以下公式系数C与流动型态的种类、液相速度数有关。C的计算与流型有关与倾角θ和修正系数C

有关贝格斯-布里尔方法2．流动型态确实定水平气液两相管流的流型有三类别离流(包括层状流、波状流和环状流)间歇流(包括团状、弹状流和段塞流)分散流〔包括泡流和雾流〕Beggs-Brill流型图(水平流动)横坐标：纵坐标：贝格斯-布里尔方法分区线的方程如下贝格斯-布里尔方法贝格斯-布里尔方法3．与系数C的计算式中α、β、γ—取决于流型的常数〔见表)利用表上式计算出的应大于，否那么,取。因为实际上是无滑脱时的持液率，而为存在滑脱时的持液率，因此，的最小值是式中的系数d、e、f和g由下表根据流型来确定贝格斯-布里尔方法系数d、e、f、g贝格斯-布里尔方法确定出和之后，利用式便可得到对于过渡流型，则先分别用分离流和间歇流计算出之后采用内插法确定其持液率利用持液率可由下式计算混合物实际密度贝格斯-布里尔方法三、阻力系数气液两相流阻力系数的计算式式中当1<y<1.2时上面各量之后，那么贝格斯-布里尔方法贝格斯和布里尔的研究结果说明：此规律可以较准确地计算光滑圆管中两相流动时的持液率和压力梯度。它可以应用于石油工业和化学工业的许多场合管子的倾斜角度影响着气液两相管流的持液率和压力梯度当管路与水平方向约成＋50°时，持液率到达最大值；当管路与水平方向约成-50°时，持液率到达最小值。在＋90°和＋20°时，其持液率近乎相等。与铅直方向成15～20°的斜井中的压力梯度大于铅直井中的压力梯度在丘陵和多山地带设计油气混输管线时必须考虑下坡时的压力恢复贝格斯-布里尔方法与铅直方向成15～20°的斜井中的压力梯度大于铅直井中的压力梯度贝格斯-布里尔方法应用例如某不含水自喷油井，产量qo=50m3/d，生产气油比Rp=100m3/m3，地面脱气原油密度ρo=850kg/m3，天然气相对密度γg=0.7，地面原油粘度μo=100mPa.s，计算段平均温度t=40℃，油管内径62mm，计算段长度100m，井口油压pt=4MPa，计算该段压降。采用压力增量迭代方法：确定起始点压力p1及计算深度增量ΔZ。

p1=4MpaΔZ=100m初设计算段的压力降Δp设，并计算下端压力p2设

Δp设=0.5MPa

p2设=p1+Δp设=4+0.5=4.5Mpa3.计算该段的平均压力及平均温度贝格斯-布里尔方法应用例如4.计算该及下流体性质参数及流动参数由相应关系式计算得：溶解气油比；原油体积系数；天然压缩因子；原油粘度；天然气粘度；原油外表张力；标准状况下的空气密度kg/m3。贝格斯-布里尔方法应用例如(1)原油密度

(2)天然气密度

贝格斯-布里尔方法应用例如(3)气、液的就地体积流量

贝格斯-布里尔方法应用例如(4)就地的气体、液体及混合物的表观流速

贝格斯-布里尔方法应用例如(5)液、气及混合物的质量流量(6)入口的含液量(体积的含液量)贝格斯-布里尔方法应用例如(7)弗劳德数，液体粘度、混合物粘度及外表张力

贝格斯-布里尔方法应用例如(8)液体速度准数

5确定流型过渡界限贝格斯-布里尔方法应用例如6确定流型流型为间歇流

贝格斯-布里尔方法应用例如根据流型计算由于流型为间歇流贝格斯-布里尔方法应用例如计算对于垂直井，贝格斯-布里尔方法应用例如9计算阻力系数贝格斯-布里尔方法应用例如9计算阻力系数