1、    起伏管路中氣液兩相流彈狀流特征參數(shù)測量方法研究    曹志旭 張超 張炳東摘   要：氣液兩相流彈狀流是兩相流中較為常見的流型，其形成受入口效應(yīng)的影響，與管路入口來流的氣相流量、液相流量、管路設(shè)備的振動情況以及氣液兩相流的流動速度等因素有關(guān)，是一個較為復(fù)雜的隨機過程。為了方便開展研究，掌握兩相流彈狀流的流動特性及規(guī)律，本文提出一種通過實驗測量的方法，來標定兩相流彈狀流流動特性，根據(jù)氣液兩相流中氣體和液體電導(dǎo)率不同的特點，制作一種內(nèi)嵌入管道中的電導(dǎo)探針，通過測量設(shè)備電路中的電信號變化，分析得出氣液兩相流彈狀流的液彈長度以及液彈頻

2、率，為開展兩相流彈狀流的流動研究和維護設(shè)備安全經(jīng)濟運行奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：氣液兩相流  彈狀流  液彈長度  液彈頻率：th814                                 ：a                        ：1674-098x（2019）1

3、1（a）-0091-03在石油天然氣、能源化工以及水動力等方向，氣液兩相流已經(jīng)逐漸成為當前的研究熱點，石油工業(yè)中油氣多相流動研究更是從上世紀初便大范圍地開展。彈狀流最顯著的特征即是在流動過程中，液塞和大氣泡交替往復(fù)出現(xiàn)且充滿整個管路，在實際工程中，則會出現(xiàn)氣液兩相流流量不穩(wěn)定變化的情況，導(dǎo)致管路壓降和管路出口背壓發(fā)生無序波動的問題，嚴重時兩相流的波動頻率與管路設(shè)備的固有頻率發(fā)生共振，會影響上下游相關(guān)設(shè)備的安全運行。目前，專家學(xué)者們從事最多的研究方向為水平管和豎直管中的氣液兩相流動特性研究，浙江大學(xué)楊志勇1通過對高速攝影設(shè)備記錄管路中的流動情況，通過對圖像處理分析，進而對小管道氣液兩相流參數(shù)進行

4、總結(jié)，通過實驗可知，使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來識別管路中兩相流的流型2、使用擬三維重建的方法3測量管路中兩相流體的相含率的做法是可取的，這為微小通道中氣液兩相流相關(guān)參數(shù)的測量和研究提供了可靠的參考。來自中國石油大學(xué)（華東）儲運與建筑工程學(xué)院的王權(quán)等4對傾角較大的氣液兩相流管路中的流動特性進行了一系列研究，通過設(shè)計、建立氣液兩相流混輸管路實驗平臺，模擬地形起伏時出現(xiàn)的大傾角氣液兩相混輸管路中的流動情況，給出了氣液兩相流的流型與壓力波動特性規(guī)律。yang， yan，li， jingbo等5在研究濕天然氣的起伏管路輸運過程中輸運系統(tǒng)的氣液兩相流動特性時，計算了起伏管路氣液兩相流流動特性參數(shù)，同時對管路中

5、的氣液的兩相分布、管路起伏時彎管部分的速度和壓力分布進行了探究，也對不同截面的氣相、液相流量、持液率以及出口氣液流量情況展開了分析研究。1  電導(dǎo)探針的原理在模擬實驗所需的兩相工質(zhì)中，氣相與液相的導(dǎo)電性優(yōu)劣存在明顯的差異，可根據(jù)管路內(nèi)不同相工質(zhì)的導(dǎo)電性優(yōu)劣來標定和區(qū)分氣相與液相，如圖1所示。依據(jù)兩相工質(zhì)導(dǎo)電性優(yōu)劣的明顯差異，當裝置與氣相工質(zhì)接觸時，其導(dǎo)電性較差，裝置內(nèi)電流較小，裝置輸出的電信號值較低;當裝置與液相工質(zhì)接觸時，其導(dǎo)電性較好，裝置內(nèi)電流較大，裝置輸出的電信號值較高;如此交替，當氣液兩相流流過電導(dǎo)探針時，裝置輸出的電信號則會隨之發(fā)生周期性變化，通過處理電信號變化監(jiān)測圖，便可

6、得出液彈和氣彈的交替情況，從而計算得出兩相流彈狀流的流動特性參數(shù)6-8。2  液彈頻率和長度的實驗測量通過實驗測量的方法，在氣液兩相流實驗平臺上，分別對=0°的水平管和傾角為=2°、=5°的管路進行液彈數(shù)量及采樣時間的測量，進而計算出不同傾角或氣液折算速度下液彈頻率f的變化規(guī)律，用液彈個數(shù)n除以采樣時間t來表示，即：圖2給出了傾角=0°的水平管中，所測得電信號曲線隨時間的變化情況，橫軸為采樣時間，縱軸為電導(dǎo)探針所測得的電信號變化情況。由圖可知，由于重力方向與流動方向夾角較大，加之波動影響，氣彈和液彈的交替并不規(guī)則，共出現(xiàn)波峰的數(shù)量約為7，即n=

7、7，采樣時間為t=10s，經(jīng)計算求出頻率f=0.7。圖3給出了傾角=2°的傾斜上升管中，所測得電信號曲線隨時間的變化情況，橫軸為采樣時間，縱軸為電導(dǎo)探針所測得的電信號變化情況。由圖可知，氣彈液彈交替較為規(guī)則，共出現(xiàn)較為明顯的波峰3個，即n=3，采樣時間t=10s，經(jīng)計算求出頻率f=0.3。圖4給出了傾角=5°的傾斜上升管中，所測得電信號曲線隨時間的變化情況，橫軸為采樣時間，縱軸為電導(dǎo)探針所測得的電信號變化情況。由圖可知n=8，t=10s，求出頻率f=0.8。液彈長度因其具有不穩(wěn)定性和周期性，我們不能準確的描述某一工況下液彈長度，故對其的測量呈現(xiàn)出的結(jié)果為平均液彈長度，我們用

8、液彈的速度s與經(jīng)過探針時滯留的時間ut的乘積來表示，即：3  結(jié)語本文采用理論結(jié)合實踐的研究方法，通過采用電導(dǎo)探針這一工具，精確直觀地監(jiān)控電信號的變化，使兩相流的測量結(jié)果更加精準具體，有效避免了圖像分析法可能出現(xiàn)的誤差。（1）在測量兩相流彈狀流的過程中，入口處工況條件即兩相流流速、流量、持液率以及波動情況等都將直接影響到流型的形成，進而影響電導(dǎo)探針測量精度，我們在實驗裝置的設(shè)計上，要保留充分發(fā)展段，使兩相流彈狀流平穩(wěn)的經(jīng)過電導(dǎo)探針。（2）實驗中分別對傾角為=0°、=2°、=5°的傾斜上升管進行了實驗探究，實驗結(jié)果客觀性不夠充分，還需補充進行大傾角以及負傾

9、角的實驗管路，探究總結(jié)相關(guān)規(guī)律;另外，為了保證結(jié)果準確，還可進行電導(dǎo)探針的布置方式和結(jié)構(gòu)的探究改造，使得測量工具最優(yōu)化。（3）對兩相流彈狀流深入的實驗研究，能全面的總結(jié)出兩相流彈狀流的流動特性及變化規(guī)律，為學(xué)者們從事理論研究提供實踐參考，也為保障工程實際中設(shè)備的安全經(jīng)濟運行提供了重要的技術(shù)支撐。參考文獻1 楊志勇. 基于圖像處理的小管道氣液兩相流參數(shù)測量研究d.浙江大學(xué)，2018.2 翁潤瀅，孫斌，趙玉曉，等.基于自適應(yīng)最優(yōu)核和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的氣液兩相流流型識別方法j.化工學(xué)報，2018，69（12）：5065-5072.3 鄭小虎. 基于多視覺的小管道氣液兩相流參數(shù)測量研究d.浙江大學(xué)，201

10、6.4 王權(quán)，李玉星，胡其會，等.大傾角上傾管氣液兩相流動特性j.化工進展，2017，36（8）：2822-2829.5 yang y ， li j ， wang s ， et al. gas-liquid two-phase flow behavior in terrain-inclined pipelines for gathering transport system of wet natural gasj. international journal of pressure vessels and piping， 2018， 162：52-58.6 王超，陳超，趙寧，等.用于水平環(huán)狀流周向液膜特性測量的電導(dǎo)探針陣列j.電子測量與儀器學(xué)報，2017，31（9）：1408-1413.7 邊鵬，翟路生，金寧德.小管徑氣液兩相泡狀流雙電導(dǎo)陣列探針測量方法j.工程熱物理學(xué)報，2015，36（8）：1706-1711.8 周云龍，張學(xué)清，孫斌.應(yīng)用電導(dǎo)探針技術(shù)識別氣液兩相流流型方法及電導(dǎo)波動信號