[发明专利]一种耦合压力方程的双流体段塞流计算方法

说明书

本发明涉一种耦合压力方程的双流体段塞流计算方法，其特征在于包括步骤：根据管道随时间的变形与流体流过管道速度变化的守恒关系，建立可压缩流体的压力平衡方程；建立气液两相流动段塞流动的双流体模型，其中，所述双流体模型包括气液两相流动段塞流动的连续性方程、动量方程及能量方程；求解由压力平衡方程、连续性方程、动量方程和能量方程构成的方程组，得到气液两相流动的段塞流随时间变化的状态参数。本发明可以进行气液两相流动可压缩流体段塞流动液塞频率及液塞量的准确采集，主要应用于石油工业生产中解决段塞流动所带来的流动不稳定性问题的所须进行的段塞流模拟计算。

技术领域

本发明是关于一种耦合压力方程的双流体段塞流计算方法，涉及气液两相段塞流动计算领域。

背景技术

段塞流是石油工业气液集输管道中常见的气液两相流型，因流体流动或地形等因素所诱发的管道中出现气液间隙流动的一种气液流动型态。液塞与气团交替出现的段塞流在管道中的流动，会引起管道中压力出现显著的波动，对管道出口端的设备冲击较大，使得管道内的流体流动存在极大的不稳定性。准确模拟预测段塞流动，实现对液塞频率与液塞量的精确捕集，对在石油工业生产中解决段塞流动所带来的流动不稳定性具有重要意义。同时，准确地模拟段塞流动规律，也是改进工艺流程、设计段塞捕集器工艺设备的重要技术支持。

段塞流动，因其气液两相间歇在管道中流动，表现出在管道中交替出现单相与多相，使得其瞬变模拟过程复杂。目前，传统的段塞流模型较为复杂，需要对段塞单元内的液塞与液膜区分别建立守恒方程，进行求解。此外，传统的双流体模型单纯借助气体状态方程更新密度、或单纯依赖压力泊松方程更新速度，来进行压力修正存在的系统适应性等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种耦合压力方程的双流体段塞流计算方法，通过建立耦合压力方程的双流体模型，实现气液两相流动段塞流的准确模拟与预测。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种耦合压力方程的双流体段塞流计算方法，包括以下步骤：

根据管道随时间的变形与流体流过管道速度变化的守恒关系，建立可压缩流体的压力平衡方程；

建立气液两相流动段塞流动的双流体模型，其中，所述双流体模型包括气液两相流动段塞流动的连续性方程、动量方程及能量方程；

求解由压力平衡方程、连续性方程、动量方程和能量方程构成的方程组，得到气液两相流动的段塞流随时间变化的状态参数。

上述实施例中，可压缩流体的压力平衡方程：

其中，i为管道内流体相个数，α_i为i流体相的相分率，ρ_i为i流体相的密度，u_i为i流体相的速度，c_i为i流体相波速，p为管道压力，t为时间，x为管道轴向长度。

上述各实施例中，气液两相流动段塞流动的连续性方程：

其中，i为管道内流体相个数，α_i为i流体相的相分率，ρ_i为i流体相的密度，u_i为i流体相的速度，t为时间，x为管道轴向长度。

上述各实施例中，气液两相流动段塞流动的动量方程：

其中，i为管道内流体相个数，α_i为i流体相的相分率，ρ_i为i流体相的密度，u_i为i流体相的速度，p为管道压力，p_gl为气液两相界面间压力，Г_i为i流体相与管壁的摩阻，Г_gl为气液两相在管道轴向的作用力，θ为管道与水平线间的倾角，g为重力加速度，t为时间，x为管道轴向长度。