濕氣管道渦流排液工具有效作用長(zhǎng)度敏感性分析*

肖榮鴿 馮 鑫 戴 政 魏王穎 劉 博

(1.陜西省油氣田特種增產(chǎn)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院 3.西安西北石油管道有限公司)

0 引 言

渦流排液技術(shù)是美國(guó)能源部2001年投資開發(fā)的一種新型排水采氣技術(shù)，該技術(shù)作用機(jī)理是氣液兩相流流經(jīng)渦流裝置時(shí)，受到螺旋葉片所產(chǎn)生的離心力后，由原來(lái)不規(guī)則的紊流流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥獠渴且后w、中心為氣體的規(guī)則螺旋型兩相層流，從而有效提高氣體攜液量。渦流排液技術(shù)不同于氣舉排水采氣、電潛泵排水采氣、螺桿泵排水采氣等受氣液產(chǎn)量、工藝和設(shè)備影響的技術(shù)，也沒(méi)有泡沫排液技術(shù)適用條件苛刻[1-2]。

1962 年，NISSAN & BRESAN研究了管內(nèi)渦流流場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)渦流流場(chǎng)的中心處壓力較低，且管道下游的壓力呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)；BAKER等研究了在較強(qiáng)渦流范圍內(nèi)渦流強(qiáng)度的衰減規(guī)律；1979 年，ITOETAL研究了渦流軸向速度與周向速度的分布情況，提出渦流衰減規(guī)律與雷諾數(shù)相關(guān)。我國(guó)在引進(jìn)該技術(shù)后，許多學(xué)者對(duì)其排液機(jī)理、影響因素和作用效果進(jìn)行了大量理論研究。李雋等[3]利用數(shù)值模擬研究了渦流場(chǎng)；于淑珍等[4]研究了排水采氣技術(shù)作用機(jī)理；陳德春等[5]從入口速度和氣液比等因素對(duì)渦流工具有效作用長(zhǎng)度進(jìn)行了分析與預(yù)測(cè)；周朝等[6]分析了豎直井筒中臨界攜液流量的影響因素；劉凱等[7]總結(jié)了渦流角度、中心體直徑、渦流線寬度和產(chǎn)氣量之間的聯(lián)系，并分析了這些因素對(duì)渦流排液的影響程度；吳曉東等[8]模擬研究了氣流速度、含水量和渦流工具結(jié)構(gòu)對(duì)井下排水采氣的影響；劉占良等[9]從氣相和液相折算速度方面對(duì)起伏管道渦流排液進(jìn)行了數(shù)值模擬，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，但未考慮管道外部條件對(duì)其產(chǎn)生的影響。

綜上所述，渦流排液的機(jī)理和相關(guān)參數(shù)模擬已經(jīng)取得了很多成果，但是大多數(shù)是針對(duì)垂直井段進(jìn)行的研究，關(guān)于地面管道內(nèi)渦流排液方面的研究很少。鑒于此，本文以某氣田濕天然氣作為原料氣，原料氣中CH4的體積分?jǐn)?shù)范圍74.63%～95.98%，H2O體積分?jǐn)?shù)范圍0.15%～0.40%，針對(duì)地形起伏濕氣管道，建立了渦流流場(chǎng)的氣液兩相流模型，利用Fluent軟件模擬了各種參數(shù)對(duì)渦流工具有效作用長(zhǎng)度的影響，分析了渦流工具有效作用長(zhǎng)度的衰減規(guī)律，得到了環(huán)狀流液膜厚度與渦流工具有效作用長(zhǎng)度之間的關(guān)系。研究結(jié)果可為渦流排液工具的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 濕氣管道渦流排液模型建立

為了分析濕氣管道渦流排液水力參數(shù)變化規(guī)律，本文以渦流排液工具幾何模型為基礎(chǔ)，建立了地形起伏濕氣管道內(nèi)氣液兩相流流動(dòng)模型，同時(shí)針對(duì)地形起伏濕氣管道內(nèi)氣液混合物湍流流動(dòng)狀態(tài)，選取湍流模型，設(shè)置邊界條件并進(jìn)行數(shù)值模擬[10]。

1.1 渦流排液工具幾何模型

選取大慶油田有限責(zé)任公司工程研究院提供的渦流排液工具進(jìn)行三維建模，其渦流變速體直徑為51 mm，螺旋片截面為梯形，葉片高3.1 mm，寬3.5 mm，螺距240 mm。渦流排液工具模型如圖1所示。

1.2 多相流模型

根據(jù)地形起伏濕氣管道氣液混合物的流動(dòng)特點(diǎn)，選擇Mixture模型作為多相流模型，并做以下基本假設(shè)：①氣、液兩相速度相同，以霧狀流流型進(jìn)入管道；②氣、液兩相與外界沒(méi)有熱量交換，溫度恒定；③在整個(gè)模擬過(guò)程中，天然氣和水的物理性質(zhì)不變，相關(guān)參數(shù)為常數(shù)。

Mixture模型的連續(xù)性方程：

(1)

(2)

(3)

Mixture模型的動(dòng)量方程：

(4)

(5)

(6)

1.3 湍流模型

地形起伏濕氣管道內(nèi)氣液混合物處于湍流流動(dòng)狀態(tài)，大部分學(xué)者選取RSM模型和k-ε模型進(jìn)行流場(chǎng)的模擬研究。李娟等[11]采用RSM模型和k-ε模型，對(duì)渦流排液工具內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了渦流工具內(nèi)部流場(chǎng)中的切向速度和軸向速度。試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果表明：RSM模型考慮了流線型彎曲、漩渦、旋轉(zhuǎn)和張力快速變化等情況，對(duì)復(fù)雜流動(dòng)有更高精度的預(yù)測(cè)，所以本文選取RSM湍流模型。

1.4 邊界條件

流體入口設(shè)置為速度入口，氣、液兩相速度均取3 m/s，入口截面處液滴直徑為10 μm，含水體積分?jǐn)?shù)為0.2%，濕氣中CH4占比高，選為主相，水為次相。管道水力直徑為57.2 mm，CH4密度為0.668 kg/m3，CH4黏度為1.087×10-5kg/(m·s)，水黏度為1.003×10-3kg/(m·s)。將出口設(shè)置為壓力出口。壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，無(wú)滑移邊界條件，默認(rèn)相對(duì)表面粗糙度為0.5。

1.5 數(shù)值求解設(shè)置

本研究采用PRESTO格式離散處理動(dòng)量方程中的壓力梯度項(xiàng)，動(dòng)量、湍動(dòng)能和耗散率方程均采用二階迎風(fēng)插值格式，壓力速度耦合方式采用SIMPLEC算法。所有參數(shù)的最大殘差值設(shè)置為0.001。為了提高收斂速度，松弛因子采用以下設(shè)置：密度0.7 g/cm3，壓力0.6 MPa，動(dòng)量0.6 kg·m/s，體積分?jǐn)?shù)0.5%，湍流動(dòng)能0.75(kg·m)/s2，湍流黏度0.9 mPa·s。

2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果及分析

2.1 濕氣管道流速分布

濕氣以軸向直線流入管道內(nèi)，氣、液兩相流經(jīng)渦流裝置時(shí)沿著螺旋葉片進(jìn)入管道后端；管道入口處流動(dòng)間隙大，氣、液相流速約為3 m/s；經(jīng)過(guò)渦流裝置時(shí)，由于流道間隙變小，速度提升至大約12 m/s，渦流裝置后段中心軸向速度高于管壁速度，濕氣中液體甩向管道壁面，逐漸形成環(huán)狀液膜，流型轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀流[12]。這說(shuō)明渦流裝置有改變流型和提高流速的作用[13]。模型流線及軸向流速云圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 管道內(nèi)渦流排液工具模型流線示意圖

圖3 管道內(nèi)渦流排液工具模型軸向流速云圖

2.2 壓力分布變化

濕氣進(jìn)入管道后，沖擊渦流裝置，出口壓力迅速達(dá)到最大值，濕氣流經(jīng)渦流裝置沿著螺旋葉片流動(dòng)時(shí)，由于間隙增大導(dǎo)致壓力減小。軸向出口壓力分布如圖4所示。由于渦流裝置增加了摩阻損失，導(dǎo)致壓力降低，軸向出口壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于入口壓力。這與文獻(xiàn)中的研究結(jié)果一致[14-16]。

圖4 軸向出口壓力分布圖

3 有效作用長(zhǎng)度敏感性分析

為提高濕氣管道排液能力和輸送效率，對(duì)地形起伏濕氣管道內(nèi)渦流排液工具有效作用長(zhǎng)度進(jìn)行敏感性分析。應(yīng)用Fluent軟件模擬裝置的幾何參數(shù)、濕氣含水體積分?jǐn)?shù)及管道外部條件對(duì)渦流排液工具有效作用長(zhǎng)度的影響，分析管道內(nèi)環(huán)狀流液膜厚度與有效作用長(zhǎng)度衰減規(guī)律之間的關(guān)系[17-20]。

3.1 濕氣管道環(huán)狀流液膜厚度的敏感性分析

3.1.1 螺旋葉片截面形狀對(duì)液膜厚度的影響

改變渦流排液工具螺旋葉片的截面形狀進(jìn)行模擬，設(shè)置管道濕氣由渦流排液工具打撈頭處流入，螺旋旋向?yàn)槟鏁r(shí)針，螺旋圈數(shù)為1圈，氣液入口流速為3 m/s，含水體積分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)，分別取矩形和梯形截面進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果如圖5所示。不同截面形狀時(shí)的軸向流速云圖如圖6所示。螺旋葉片截面形狀對(duì)持液率的影響如圖7所示。

圖5 不同葉片形狀出口截面含水體積分?jǐn)?shù)云圖

圖6 不同葉片形狀軸向流速云圖

圖7 螺旋葉片截面形狀敏感性分析結(jié)果

由圖5可知，梯形截面比矩形截面管道內(nèi)壁處的含水體積分?jǐn)?shù)高，但液膜厚度小于矩形截面，表明矩形截面的螺旋葉片可以產(chǎn)生較厚的環(huán)狀流液膜。圖6顯示矩形截面的螺旋葉片所形成的環(huán)狀流中心流速跟管壁處的流速有明顯差異，液體被甩向管道壁面的趨勢(shì)增強(qiáng)，氣液分離效果更好。

由圖7可知，無(wú)論是矩形截面還是梯形截面，氣體持液率和流速基本呈正相關(guān)，隨著流速的升高，氣體攜液能力增強(qiáng)，持液率也會(huì)相應(yīng)的增加；從含水體積分?jǐn)?shù)來(lái)看，持液率都呈先升高后下降的規(guī)律，在含水體積分?jǐn)?shù)為0.3%左右達(dá)到峰值。隨著這一數(shù)值的增加，管道內(nèi)液體含量增多，在氣體速度不變的情況下，液體的攜帶能力與渦流排液工具的排液效果均受影響；總體來(lái)看，矩形截面的持液率變化比梯形截面更加敏感，矩形截面的渦流排液工具濕氣排液效果更好。

3.1.2 螺旋中心體直徑對(duì)液膜厚度的影響

改變渦流排液工具的螺旋中心體直徑進(jìn)行模擬，設(shè)置螺旋葉片為逆時(shí)針，螺旋圈數(shù)為1圈，氣液入口流速為3 m/s，含水體積分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)，取螺旋中心體直徑d分別為40、46、51和54 mm，模擬結(jié)果如圖8所示。螺旋中心體直徑對(duì)濕氣管道持液率的影響如圖9所示。

圖8 不同直徑螺旋中心體含水體積分?jǐn)?shù)云圖

由圖8可知：螺旋中心體直徑為40 mm時(shí)，由于中心體與管道外壁之間間隙大，流通面積較大，氣液流速減小，所以管道中形成的環(huán)狀流不明顯，含水體積分?jǐn)?shù)分布范圍廣泛，液膜較厚；隨著中心體直徑的增大，管道外壁的含液量增加，氣液分離效果逐漸明顯，管道內(nèi)形成完整的環(huán)狀流，液體在管道中的不規(guī)則分布也減少，液膜也相應(yīng)地變薄；但當(dāng)螺旋中心體直徑由51 mm增加到54 mm時(shí)，管道后端部分液體出現(xiàn)了不規(guī)則分布，管道外壁含水體積分?jǐn)?shù)相比之前有所下降。

由圖9可得：含水體積分?jǐn)?shù)一定時(shí)，螺旋中心體和管道外壁間的間隙減小，流通面積減小，流速增加，渦流作用加強(qiáng)，攜液能力增加，持液率隨著中心體直徑的增加而增加；但在含水體積分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，濕氣管道持液率開始下降，說(shuō)明濕氣含水體積分?jǐn)?shù)為0.3%是一個(gè)峰值。在此基礎(chǔ)上，如果繼續(xù)增加管道入口濕氣的含液量，渦流裝置排液載荷加大，受液體重力影響，管道下部液膜將加厚，渦流工具的排液效果降低。前人的研究也證明了入口氣體的含水體積分?jǐn)?shù)存在峰值，并非一直呈正相關(guān)[21]，這與本研究的結(jié)論相吻合。

圖9 螺旋中心體直徑敏感性分析結(jié)果

3.1.3 螺旋葉片旋轉(zhuǎn)圈數(shù)對(duì)液膜厚度的影響

為分析螺旋圈數(shù)的敏感性，分別取1.0圈、1.5圈、2.0圈及2.5圈進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖10所示。螺旋圈數(shù)對(duì)持液率的影響如圖11所示。由圖10可知：當(dāng)螺旋圈數(shù)從1.0圈增加到1.5圈時(shí)，管道內(nèi)壁處的含水體積分?jǐn)?shù)出現(xiàn)降低，說(shuō)明氣液兩相的分離效果略有下降，但是液相所占管道截面積增加，液膜加厚；從1.5圈增加到2.0圈時(shí)，管道內(nèi)壁處的含液量稍有改變，液體占比減小，液膜厚度減小；從2.0圈增加到2.5圈后，管道內(nèi)液膜厚度以及含水體積分?jǐn)?shù)基本沒(méi)有改變。

圖10 不同螺旋圈數(shù)出口截面含水體積分?jǐn)?shù)云圖

圖11 螺旋圈數(shù)敏感性分析結(jié)果

由圖11可知：不同螺旋圈數(shù)的渦流排液工具，其持液率隨速度的增加而增加，流速一定時(shí)，隨螺旋圈數(shù)的增大，管道出口持液率增加，說(shuō)明增加螺旋圈數(shù)將加速濕氣流動(dòng)，提高攜液能力；2.5圈的模擬結(jié)果逐漸趨向于2.0圈，表明2.0圈時(shí)渦流排液效果達(dá)到最優(yōu)；從含水體積分?jǐn)?shù)云圖也可以看出，持液率隨螺旋圈數(shù)的增大先平穩(wěn)上升到一個(gè)峰值后下降，除2.5圈外，其他螺旋圈數(shù)持液率變化相對(duì)穩(wěn)定，而2.5圈在含水體積分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)出現(xiàn)急劇下降，因?yàn)橐后w所受摩擦阻力增加，會(huì)阻礙氣體對(duì)濕氣管道積液的攜帶。因此，設(shè)計(jì)渦流排液工具時(shí)并不是螺旋圈數(shù)越多排液效果越好。

3.1.4 管道入口流速對(duì)液膜厚度的影響

設(shè)置螺旋葉片截面形狀為梯形，旋向?yàn)槟鏁r(shí)針，螺旋圈數(shù)為1圈，含水體積分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)，管道入口流速v分別取3、5、7和9 m/s進(jìn)行濕氣管道入口流速的敏感性分析，模擬結(jié)果如圖12所示。由圖12可知，隨著入口流速的升高，管道內(nèi)壁的含水體積分?jǐn)?shù)略有下降，液相分布在管道橫截面上的占比上升，液膜厚度增大，渦流排液工具的排液能力隨著入口流速的升高而提高，渦流排液效果明顯加強(qiáng)。

圖12 不同流速下的出口截面含水體積分?jǐn)?shù)云圖

3.1.5 管道傾角對(duì)液膜厚度的影響

地面輸氣管道多處于起伏地形，管道傾角也是影響渦流作用長(zhǎng)度的因素之一。為分析管道傾角的影響，設(shè)置螺旋葉片為梯形，旋向?yàn)槟鏁r(shí)針，螺旋圈數(shù)為1.0圈，管道入口流速為3 m/s，含水體積分?jǐn)?shù)為0.2%，管道傾角β分別取5°、7°、10°和12°，模擬結(jié)果如圖13所示。管道傾角對(duì)持液率的影響如圖14所示。由圖13可知，隨著管道傾角的增大，液膜厚度有加厚的趨勢(shì)，但是加厚趨勢(shì)不明顯。在傾斜管道上，由于所受重力的影響，管道內(nèi)液體會(huì)出現(xiàn)上薄下厚的現(xiàn)象。

圖13 不同傾角下軸向含水體積分?jǐn)?shù)云圖

圖14 管道傾角敏感性分析結(jié)果

由圖14可知：管道的持液率隨著傾角的增大而減小，管道傾角較小時(shí)，持液率與速度呈正相關(guān)變化，因?yàn)闈駳饬鹘?jīng)渦流裝置后流通截面變小，流速升高，液體自身所受的重力造成的回流現(xiàn)象還不足以影響液體的正常流動(dòng)，對(duì)排液效果影響不大；在入口流速或含水體積分?jǐn)?shù)一定的情況下，管道出口的持液率隨著管道傾角的增大有下降的趨勢(shì)，因此渦流排液工具要想達(dá)到較好的排液效果，應(yīng)安裝在傾角較小的濕氣管道中。

3.1.6 管道出口壓力對(duì)液膜厚度的影響

為分析管道出口有壓力情況下渦流排液效果如何，在渦流排液工具幾何尺寸不變的情況下，設(shè)置管道入口流速為3 m/s，含水體積分?jǐn)?shù)為0.2%，模擬出口壓力po為0.5、0.8、2.0和4.0 MPa時(shí)環(huán)狀流液膜厚度的變化，結(jié)果如圖15所示。由圖15可知，隨著管道出口壓力增大，含水體積分?jǐn)?shù)并無(wú)明顯變化，都呈現(xiàn)出管道外壁含水體積分?jǐn)?shù)高時(shí)，仍具有很好的氣液分離效果，而且液膜厚度大致相同。

圖15 不同出口壓力約束下的含水體積分?jǐn)?shù)云圖

3.2 液膜厚度與渦流衰減規(guī)律的關(guān)系

旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的大小定義為流動(dòng)流體的切向速度與軸向速度的比值，渦流的衰減規(guī)律與渦流排液工具旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度有直接聯(lián)系，旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度大，衰減程度就弱，渦流有效作用距離越大[19，22]。渦流排液工具結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的影響如圖16所示。

由圖16a可知，旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度隨著軸向距離的增加逐漸下降，不同截面形狀渦流排液工具的衰減規(guī)律大致相同，但是矩形截面相比梯形截面衰減的相對(duì)較慢，渦流排液工具的有效作用長(zhǎng)度增加。造成這種規(guī)律是矩形截面和梯形截面在渦流排液工具后部管道中所形成的螺旋液膜形狀不同，矩形截面的作用面積會(huì)小于梯形截面，在流動(dòng)中管壁對(duì)液膜產(chǎn)生的阻力相對(duì)較小，一定程度上減弱了對(duì)環(huán)狀流的有效作用長(zhǎng)度。

由圖16b可知，不論螺旋圈數(shù)多少，旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度都會(huì)隨著截面距離的增加而減弱，表明氣液兩相流經(jīng)過(guò)渦流排液工具后旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度逐漸減弱直至趨于0。1.5圈的起始旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度最大，隨著距離的增加，旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度下降的趨勢(shì)明顯。1.0圈的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度整體趨勢(shì)較為穩(wěn)定，如果取同一截面距離，1.0圈的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度要優(yōu)于其他3組。螺旋中心體表面螺旋葉片的螺旋圈數(shù)會(huì)直接影響進(jìn)入后部管道的流體流速，螺旋圈數(shù)多，濕氣在渦流排液工具中旋轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，離開時(shí)速度較高。但由于旋流過(guò)程中流體和螺旋葉片之間存在摩擦，摩擦在一定程度上會(huì)削弱旋轉(zhuǎn)的程度，降低出口流速，渦流的有效作用長(zhǎng)度并沒(méi)有隨著螺旋圈數(shù)的增加而增加。這表明螺旋圈數(shù)增加到某個(gè)值后，螺旋葉片產(chǎn)生的摩擦阻力影響強(qiáng)于螺旋葉片的加速作用[23-26]。

圖16 渦流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度敏感性分析結(jié)果

由圖16c可知，管道傾角的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度隨著截面距離的增加而減弱。在同樣的截面距離處，管道傾角越小，其旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度越強(qiáng)，因?yàn)楣艿纼A角的增大，液體在上傾管道中回流的趨勢(shì)就越明顯，回流的液體會(huì)阻礙正常流體的前進(jìn)，影響其環(huán)狀流型的形成，使得渦流排液工具的有效作用長(zhǎng)度減小。

由圖16d可知，不同含水體積分?jǐn)?shù)的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度隨著截面距離的增加而減弱。旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度并沒(méi)有隨著含水體積分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng)，在同樣的截面距離處，含水體積分?jǐn)?shù)為0.3%的工況下旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度最強(qiáng)。當(dāng)含水體積分?jǐn)?shù)升高時(shí)，表明管道中的液體含量增多，入口流速一定時(shí)，含水體積分?jǐn)?shù)高的濕氣經(jīng)過(guò)渦流排液工具時(shí)，形成的環(huán)狀流并不是很明顯。液體分布較分散，會(huì)造成液膜中含水體積分?jǐn)?shù)較少，有效作用距離也會(huì)相應(yīng)的縮短。

由圖16e可知，在同樣的截面距離處，流速高的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度強(qiáng)，經(jīng)過(guò)螺旋圈數(shù)相同的渦流排液工具后，形成的中心氣流運(yùn)動(dòng)效果更明顯，將液膜擠壓在管道內(nèi)壁，更好地保持環(huán)狀流流型，衰減規(guī)律較弱，有效作用長(zhǎng)度增加。

由圖16f可知，在管道前部分，隨著螺旋中心體直徑增大，旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度增強(qiáng)；再經(jīng)過(guò)一段距離后，直徑大的螺旋中心體旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度減弱趨勢(shì)反而明顯，整個(gè)流動(dòng)過(guò)程中旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的變化不穩(wěn)定；螺旋中心體直徑的變化會(huì)改變渦流排液工具和管道內(nèi)壁之間的間隙，直徑的增加使得流體流過(guò)渦流排液工具的流道變窄，在含水體積分?jǐn)?shù)保持不變的情況下，流速升高，攜液能力增強(qiáng)；中心體直徑的增加導(dǎo)致環(huán)狀流液膜厚度減小，管道內(nèi)壁處含水體積分?jǐn)?shù)降低，渦流排液工具的有效作用長(zhǎng)度縮短，所以螺旋中心體直徑大的渦流排液工具旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)。

4 結(jié) 論

(1)在地形起伏濕氣管道內(nèi)加入渦流排液工具后，將原來(lái)的氣液兩相層流變成了中心氣體、外部液膜包圍的環(huán)狀流，改變了流體的流態(tài)，提高了氣體的流速，減小了管道的壓降損失。

(2)改變螺旋葉片截面形狀、中心體直徑、旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，以及起伏管道傾角、入口流速、出口壓力等因素，對(duì)渦流排液工具進(jìn)行敏感性分析。分析結(jié)果表明：螺旋葉片為矩形截面、螺旋圈數(shù)為1.0圈、含水體積分?jǐn)?shù)為0.3%、中心體直徑取51 mm時(shí)，濕氣攜液能力更強(qiáng)；流速越高，分離效果越好；渦流排液工具安裝在傾角較小的管道中分離效果較好；管道傾角和出口壓力約束對(duì)管道排液影響不明顯。

(3)通過(guò)對(duì)液膜厚度和旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度衰減規(guī)律的研究得出，當(dāng)液膜厚度較厚且液膜中含水體積分?jǐn)?shù)較高時(shí)，渦流排液工具旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度越強(qiáng)，其衰減程度下降趨勢(shì)越小，渦流排液工具的有效作用長(zhǎng)度越長(zhǎng)。