伴有液柱分离的管道气液两相 流动分析方法.pdf

24油气储运2005年实验研究伴有液柱分离的管道气液两相流动分析方法蒋明*雍歧卫李旭东(重庆大学)(中国人民解放军后勤工程学院)蒋明雍歧卫等:伴有液柱分离的管道气液两相流动分析方法,油气储运,2005,24(1)24~28。摘要管道中伴有液柱分离的气液两相流动的常用分析方法有均质泡状流模型和集中空穴模型,其中集中空穴模型由于计算简单,易于和特征线法结合而得到了广泛的应用。通过对Streeter-Wylie的蒸汽-液体模型进行改进,得到了新的集中空穴模型。模拟计算表明,集中空穴模型由于考虑了管道中气体空间的存在使液柱的长度和自由液面高度发生变化,以及出现气体空穴的截面与上、下游截面间的质量守恒,能够更有效地反映气液两相流动的真实状态,优于蒸汽-液体模型。主题词两相流液柱分离管道两相流动分析方法分析计算过程十分复杂;集中空穴模型计算简单,且一、气液两相流动的分析方法容易与特征线法(MOC,MethodofCharacteristics)结合,所以在工程计算中得到了广泛应用。对气液两相流动瞬态过程研究是管道瞬变流动通过对Streeter和Wylie的蒸汽-液体模型2(模分析研究中的一个重要分支。对于伴有液柱分离的型1)进行改进,得到新的集中空穴模型(模型2),并两相流动,常用的分析方法有均质泡状流模型和集对这两种模型进行了数值模拟计算。结果表明,改中空穴模型。均质泡状流模型是通过确定两相混合进后的集中空穴模型优于蒸汽-液体模型。物的平均性质,并将它视为准流体,使应用于单相流动的一般方程可以应用于准流体。该模型又因是否二、蒸汽-液体模型计入相间的动量交换以及是否计入气液相流速差而有不同的变化形式。集中空穴模型的基本思路是,采用特征线法,建立特征网格,系统时步为,常压下流体中不含自由气体,不考虑低压下气体的差分管段长度为。忽视汽穴区,不计气体释放,释放与吸收,将压力低于液体饱和蒸气压时的气化认为气体空间全部是蒸汽,见图1。计算步骤如下。量固定在计算截面上并且认为气穴的体积变化是按正规方法求解节点的压头和流量,(1)因为流入流出固定截面的流体量变化引起的。。一般认为,均质泡状流模型要优于集中空穴模(2)判断节点的压力是否低于液体的饱和蒸型。但Provoost1研究表明,对于含气量较小的水平气压。管道,集中空穴模型与均质泡状流模型一样好,对于(1)有局部高点的管道,集中空穴模型优于均质泡状流式中点的压头;模型。均质泡状流模型中的重要参数截面含气率不当地大气压折算的液柱高度;仅难以确定,而且在瞬变流动过程中时时变化,导致点的高程;*400016,重庆市长江二路174号;电话:[phone]。第24卷第1期蒋明等:伴有液柱分离的管道气液两相流动分析方法25液体饱和蒸气压力折算的液柱高度。三、蒸汽-液体模型的改进对蒸汽-液体模型(模型1)进行改进,得到新的集中空穴模型(模型2)。模型2认为,当计算节点的绝对压力低于液体的饱和蒸气压力时发生汽化,产生的蒸汽集中在截面处。不同之处是将蒸汽的体积看作由截面左右两部分体积和组成,其值取决于左右液柱长度及相邻截面的流量变化,并且由此计算每一时步左右液柱的长度变化,见图2。图1蒸汽-液体模型分析简图若式(1)成立,则说明发生了液柱分离,继续进行以下各步骤计算,若式(1)不成立,则转入下一个节点的计算。(3)取节点的压头为:(2)(4)计算节点上游和下游流量。图2模型2的分析简图模型计算的基本原理如下。(3)2若则按普通内节(1)=+0,(4)点计算、,否则按式(5)计算。(2)判断点的绝对压力是否低于液体的饱和蒸气压力。式中、截面上游、下游流量(6);、左、右特征项若式(6)成立,则说明已经发生液柱分离,继续;惯性水击常数下面的步骤,否则直接转入下一个节点的计算。;水击波速;(3)取节点的绝对压力为液体的饱和蒸气压重力加速度;力,即管道截面积。(7)(5)计算气穴体积。(4)计算截面上、下游的流量。1(8)2(9)(5)式中系统时步;(5)计算节点左、右气穴体积及气穴总体积。-截面上一时步的气穴体积。1(6)根据气穴体积确定下一时步的计算方法。21若则说明液柱分离仍然存在下一>0,,时步时继续按液柱分离计算若则说明(10);0,1分离的液柱已经合拢,下一时步按一般的内节点2计算。26油气储运2005年1则:(11)(23)0(24)(12)若上一时步截面无液柱分离则0(25),-(26)=-=0。式中截面上一时步左气穴体、和按式(13)~式(15)计算。-积;当>0且>0时,截面左、右两边均存在着气穴,则分别按式(13)~式(15)计算--1-、和按式式计算,(16)~(18)+1-、和。(6)计算左、右液柱自由液面高度。当0时,截面左、右两边的气穴均已经左面气穴长度为:合拢,可令=0,则转入普通