垂直于水平流向的气液两相流相间作用力定量检测与作用机理研究

油、气、水三相流不分离测量对经济合理的开发利用油气资源具有重要意义，气液两相流动机理的研究是解决三相流测量的理论基础之一。气液两相流相间作用力是气液两相界面特性变化及流型演化的动因，是揭示气液两相流动机理的关键，本项目将垂直于水平流向的气液两相流相间作用力作为研究对象，通过垂直于水平流动方向的重位压降与平均密度实现相间作用力的定量检测，探索流动参数对气液两相流相间作用力的影响，在垂直于水平流向与沿流向方向，研究相间作用力对气液两相流动特性及流态变化的作用规律，建立相间作用力与重位压降及截面含气率的关系模型。项目旨在研究重位压降与气液两相流相间作用力、流型及截面含气率间的规律，从另一侧面揭示气液两相间相互作用机理，为油、气、水三相流不分离测量节能减排提供有价值参考。

以垂直于水平流向的气液两相流相间作用力为研究对象，采用理论分析、CFD仿真和实验模拟相结合的方法，分析了垂直于水平流向的竖直方向的差压信号与相间作用力及截面含气率之间的关系，设计了分体式差压测量系统及相间作用力定量检测装置，实现了气液两相流相间作用力的定量检测。数据处理中重点研究了水平管内典型流型下，表观速度、背景压力等参数对相间作用力的影响，并对垂直于水平流向的竖直方向的压差信号动力学特性进行了详细的分析。在研究相间作用力特性时还根据相间作用力特性及气液两相流动特点，提出了几种新型的检测系统，初步研究了这些测量系统的性能。提出了利用内外管流量传感器与同轴微波电容传感器的气液两相流测量装置对相含率进行检测的方法，并验证了方法的可行性。另外，从流动噪声的角度分析了水平管气-液两相流分层流向环状流过渡的演化过程。以上研究均取得了阶段性成果，能够在一定程度上揭示气液两相间相互作用机理及各流型相互演化的动力学特征。本项目从新的视角研究了气液两相流动特征，为丰富气液两相流研究数据及检测手段提供了有价值参考。