油气混输管道流动特性研究

19

第三章 数值模拟计算结果及其分析

假设在流动过程中温度恒定300K，气相为可压缩理想气体，液体不考虑可压缩性，建立VOF模型模拟多相流混输流体管道中流动时形成的各种流型，模拟计算各相在圆管中的分布。

本次数值模拟选用5m长直圆管进行多相流混输流体流型模拟。所模拟管道的内径为0.2m，左端为混输流体进口，右端为混输流体出口，管路中两相分别选取煤油和空气。由于流型发展变化是一个非稳态的过程，因此选用非稳态的求解计算器进行求解，可以得出在各个时刻的流型分布图。

数值模拟分别研究了气相流量变化、液相流量变化及管径变化对流型的影响，得出不同流量下的流型。

本论文参照水平管道空气一煤油Brill流型图选取不同的液相气相表观速度进行数值模拟，将模拟结果与其进行对比。

本文在边界入口条件设置时，选用气体流速和液体体积分数作为入口参数进行模拟分析。液体体积分数的确定是通过液相的质量流量确定。

3.1 煤油和空气两相流数值计算结果分析

3.1.1 空气的流速变化对流型的影响

液相质量流量不变Ml=35kg/s，液相折算速度wsl=3.0m/s。 以下各国为不同时刻空气体积分数图。

1、进口wsl=3.0m/s，wsg=0.3m/s 此时，入口液相的体积分数为0.9207

模拟结果见下图，分别为不同时间步下的模拟结果。

由下图可知：初始的气体含气率很低，初始阶段气体在混输管道内呈小气泡分布，随着时间的发展流态的变化，在重力的作用下，气泡逐渐上浮，聚集后形成大的气泡，待稳定后形成气泡流。

陕西科技大学毕业论文 20

图3—01 wsl=3.0m/s，wsg=0.3m/s起始空气体积含率图

图3—02 wsl=3.0m/s，wsg=0.3m/s发展形态空气体积含率图

图3—03 wsl=3.0m/s，wsg=0.3m/s稳定空气体积含率图

2、wsl=3.0m/s，wsg=1.0m/s 此时入口液相体积分数为0.7432

油气混输管道流动特性研究

21

图3—11 wsl=3.0m/s，wsg=1.0m/s起始空气体积含率图

图3—12 wsl=3.0m/s，wsg=1.0m/s发展形态空气体积含率图

图3—13 wsl=3.0m/s，wsg=1.0m/s稳定空气体积含率图

由上图可知：液相不变气相增加时，图像与wsl=3.0m/s，wsg=0.3m/s流型类似初始阶段气体在混输管道内呈小气泡分布，随着时间的发展流态的变化，在重力的作用下，气泡逐渐上浮，聚集后形成大的气泡，待稳定后形成气泡流。

陕西科技大学毕业论文 22

3、进口wsl=3.0m/s，wsg=10m/s 此时入口液相体积分数为0.2386

图3—21 wsl=3.0m/s，wsg=10m/s起始空气体积含率图

图3—22 wsl=3.0m/s，wsg=10m/s发展形态空气体积含率图