[發明專利]一種疏水圓管中環狀流氣芯液滴觀測裝置

在審

• 申請號: 202011168679.7
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112378814A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 王志彬;趙仁杰;楊中位;凌金權;梁道遠
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00;G01N15/00;G01N15/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于觀測疏水圓管中環狀流氣芯液滴形態尺寸分布的裝置，其包括疏水圓管、長鏡頭高速攝像機、激光粒度儀，所述疏水圓管下端安裝多孔透明圓管短接，通過標準尺寸絲與殼體相連，殼體兩側連接導管；在所述疏水圓管頂部設有觀察窗；觀察窗正上方安裝45度傾角反光鏡，所述長鏡頭高速攝像機及配套背景板、高頻光源固定在圓管兩側。采用本發明可以觀測疏水性圓管中環狀流氣芯夾帶液滴尺寸分布、湍流場中液滴變形以及液滴速度大小。

技術領域

本發明涉及一種疏水圓管中環狀流氣芯液滴的觀測，屬于管道多相流領域。

背景技術

能源是國家經濟增長的根本動力，能源安全直接關系到國家安全，2019年我國天然氣進口持續高速增長，對外依存度高達47.3％。因此加強有水氣藏的開發對于緩解天然氣供需矛盾和國家能源安全具有重要意義。氣井連續攜液臨界氣流量的計算是氣井進行排水采氣設計的核心基礎，普遍認為氣井攜液時井筒流型為環狀流。環狀流場中液滴與液膜在表面力、粘性力和氣動力等作用下相互轉化，流動規律復雜。液滴的濃度、液滴的尺寸及形狀特征、液滴之間及液滴與氣流之間的相互作用都會影響到液滴的受力情況和液滴的運動規律，進而影響到氣井攜液氣流量。因此觀測液滴形態特征及相互作用規律對氣井臨界氣流量的計算有著重要作用。管道多相流流型為環狀流時液膜的存在使得液滴流動規律難以觀測，對液滴受力特征認識不清使得臨界攜液氣流量計算存在較大偏差。因此如何準確觀測液滴變形以及流動規律是目前急需解決的技術問題。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種能夠觀測疏水圓管中液滴變形、尺寸分布和速度大小的液滴觀測裝置。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:一種疏水性圓管環狀流氣芯液滴觀測裝置，包括疏水性圓管，降低液膜與管壁的附著力，減弱液膜形成。裝置下方增加液膜吸附裝置，抽除附著在管壁的液膜，便于液滴觀測。進一步，所述裝置還包括高速攝像機、LED高頻光源、背景板、反射鏡，進一步，所述液膜吸附裝置由多孔透明圓管短接與殼體形成。進一步，所述圓管頂部設置頂部觀察窗口，進一步，所述高速攝像機(6)、LED高頻光源、背景板固定在疏水圓管兩側。進一步，所述頂部觀察窗口上方安裝45度傾角反光鏡，所訴高速攝像機(9)與所述疏水圓管關于鏡面法向對稱。綜上，本發明具有以下有益效果：1.本裝置能去除環狀流液膜，從而觀測液滴流動規律。2.本發明能測量疏水圓管徑向液滴尺寸分布。3.本發明能測量液滴速度以及液滴變形特征。

附圖說明

圖1為本發明的一種用于疏水性圓管中環狀流氣芯液滴觀測裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面對本發明的具體實施方式進行描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于具體實施方式的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。如圖1所示，本發明提供一種觀測液滴變形、液滴尺寸分布的裝置，其包括疏水性圓管(1)，透明圓管短接(15)、頂部觀察窗(10)、側向觀察窗(5)。疏水性圓管底部為氣液混合入口，調節氣液流速使流型呈現環狀流，入口上方設置透明圓管短接(15)，透明圓管短接(15)四周設置殼體(13)，殼體(13)與透明圓管短接(15)形成密閉空間，通過負壓吸除液膜，殼體下方設置第二導氣管(2)，排出液體。疏水性圓管頂部為三通結構，頂部接透明管蓋，旁通用于排出液體。在一個優選的實施例中，本發明還包括LED高頻光源(4)，一號高速攝像機(6)、二號高速攝像機(9)、反射鏡(11)和背景板(13)，一號高速攝像機(6)用于拍攝液滴形狀，破碎模式及速度測試。二號高速攝像機(9)用于拍攝液滴尺寸和濃度測試。在一個優選的實施例中，疏水圓管兩側設置激光粒度儀(7)，用于測試液滴軸向速度和尺寸分布。在上述各實施例中，疏水圓管采用亞克力有機玻璃管，內覆鐵氟龍疏水涂層，圓管管徑優選為40mm，長度優選為2m。在上述各實施例中，LED光源(4)為100W高頻冷光恒定光源，一號高速相機(6)和二號高速攝像機(9)優選1000幀mikrotron Cube4高速攝像機。綜上所述，本發明基于管道多相流流動規律，利用液膜吸除裝置除去環狀流壁面上的液膜，從而觀察氣芯液滴的流動規律，通過使用高速攝像機以及激光粒度儀記錄疏水圓管中液滴運動的軸向速度，加速度，液滴變形，液滴尺寸分布等關鍵參數，對液滴的受力情況進行分析，從而更為準確的認識液滴的流動規律。上述各實施例僅用于說明發明，各部件的結構、尺寸、設置位置及形狀都是可以有所變化的，在本發明方案的基礎上，凡根據發明原理對個別部件進行的改進和等同變換，均不應排除在本發明的保護范圍之外。