[發明專利]一種水平管段氣液兩相流流型分析的實驗系統及方法

在審

• 申請號: 201911423496.2
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN113125304A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 武繼輝;鄭玉奇;李建東;趙延茂;李斌;葛凡;陳振清;孫旭坤;張洪發;趙鐵軍;侯玉普
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司注汽技術服務中心
• 主分類號: G01N11/02
• 分類號: G01N11/02
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所(普通合伙) 37224
• 代理人: 董慶田

本發明公開了一種水平管段氣液兩相流流型分析的實驗系統及方法，包括：水平實驗管段，所述水平實驗管段的始端通過管路連接氣水混合箱下端混合出口；電加熱器，所述電加熱器連接在水平實驗管段的始端與氣水混合箱下端混合出口之間的管路上。兩相數據采集系統，所述兩相數據采集系統連接在水平實驗管段的始端與電加熱器之間的管路上。兩相流量控制系統，所述兩相流量控制系統連接在電加熱器與氣水混合箱下端混合出口之間的管路上。本發明解決水平段流型分析困難的問題，從而避免鍋爐在危險的工況下運行，提高鍋爐的使用壽命，增加鍋爐運行的安全性，具有一定的工程指導意義。

技術領域

本發明涉及氣液兩相流研究技術領域，具體地說是一種水平管段氣液兩相流流型分析的實驗系統及方法。

背景技術

氣相和液相物質混合在一起共同流動稱為氣液兩相流。氣液兩相流動在自然界、日常生活、工業設備中有著廣泛的應用。例如，現代工業設備中，鍋爐、核反應堆蒸汽發生器等汽化裝置，石油天然氣管道輸送，大量傳熱傳質與化學反應工程設備中的各類蒸發器等，均廣泛存在著氣液兩相的流動與傳熱現象。

在石油工程多相流中，單組分工質(如水-水蒸氣)的氣液兩相流具有重要而廣泛的應用，單組分的氣液兩相流在流動時根據壓力和溫度的變化而發生相變。相對于單相流動而言，氣液兩相流要復雜得多，其研究難度主要表現在：流型多變、兩相之間物性差別大、相之間的相互作用力、以及流動存在著隨機性等方面。

在氣液兩相流的研究中，水平管氣液兩相流在工程中具有重要意義，例如油田注汽鍋爐水平管段流型的研究，對油田的安全與高效生產有著重要的影響。在注汽鍋爐水平輻射受熱段，管內氣液兩相流動應維持穩定的水平環狀流，這是因為在管外壁存在熱負荷時，水平環狀流的管內對流換熱系數沿管子周向最為均勻，因此金屬所產生的熱應力最小，這對于油田注汽開采工作而言最為安全。

因此，設計新的系統更好地進行水平管段內兩相流流型的研究，具有重要的工程價值。

申請號：200410017475.8，申請日：2004-04-02公開了一種基于希爾伯特-黃變換(Hirbert Huang Trasform)的水平管氣液兩相流流型識別方法。它是在一個由經典的文丘利管、差壓變送器和計算機組成的流型識別系統中,采用希爾伯特-黃變換方法,對文丘利管兩端的差壓信號進行固有模態分解并計算不同固有模態所占的能量比與殘差的均值,得到利用能量比識別流型的流態圖,通過能量比與均值的結合得到可以用來判別流型的規則。基于希爾伯特-黃變換的氣液兩相流流型識別方法的實質在于通過對經典的文丘利管兩端的差壓信號進行處理,得到與流型有直接關系的特征變量。該方法可以實現對不同管道直徑、不同介質的氣液兩相流流型進行識別。這種方法受現場干擾影響小,通用性強,對流型的識別率高。

申請號：201610544478.X，申請日：2016-07-12公開了一種水平氣液兩相流流型定量判定方法及裝置，其中，方法包括以下步驟：獲取多種流型下兩相流液膜厚度數據；按照多尺度熵概念對多種流型下兩相流液膜厚度數據進行信號處理分析，以提取出不同流型的特征；根據提取的不同流型的特征得到多尺度熵排列分布特征曲線，并計算多尺度熵排列分布圖不同流型曲線的多尺度熵率；根據多種流型下兩相流液膜厚度數據、多尺度熵排列分布特征曲線、多尺度熵率建立流型數據庫，以得到流型識別的定量判定表格，從而通過流型識別的定量判定表格實現判定的目的。該方法可以采用多尺度熵算法處理兩相流液膜厚度信號，提取特征量達到流型識別的目的，提高了判定的適用性和可靠性，提高了判定的準確性。

申請號：201610848338.1，申請日：2016-09-23為一種粗糙壁微型水平井筒氣液兩相流動實驗裝置及實驗方法，包括內壁粗糙且側壁透明的微型水平井筒，所述微型水平井筒的入口與一氣液回路的出口連通，所述微型水平井筒的外部設置有用于拍攝流型的攝像設備。該粗糙壁微型水平井筒氣液兩相流動實驗裝置及實驗方法能夠實現不同尺寸、具有不同壁面粗糙程度的微型水平井筒流動物理模擬實驗，研究氣液兩相在微型水平井筒中的流型分布特征及轉換機理、粗糙壁面液相滯留機理及渦旋流動機理等，分析出不同流型的壓降變化規律。