[发明专利]一种用于研究水平管气液两相螺旋流的实验装置

说明书

本发明提供一种用于研究水平管气液两相螺旋流的实验装置，包括气相供给系统、液相循环系统、及管路测量系统。空气供给系统由空气压缩机、气体缓冲罐、压力表、气体流量计及阀门等连接件组成。液相循环系统由水泵、水箱、液体流量计及阀门连接件组成。管路测量系统中实验管段主要由透明管、透明方砖、起旋器等连接件组成。测量系统由测量仪表(压力传感器，温度传感器，压差传感器、流量传感器及其电源)和高速摄像机组成。本发明可实现实验室条件下对水平管气液两相螺旋流的流动规律、压降特性、含气率等的研究。对数值模拟结果进行实验验证，完善气液两相螺旋流的流动机理，此外，平台的角度可以调节，实现对倾斜管道的气液螺旋流研究。

技术领域

本发明属于油气输送领域，具体的涉及一种用于研究水平管气液两相螺旋流的实验装置。

背景技术

螺旋流是指同时存在轴向及切向速度分量，且切向速度的作用不能忽略的流动。在燃烧技术、水力输送、旋风分离、射流技术、气力输送等方面应用广泛。除了单相螺旋流，两相螺旋流的应用也十分广泛，比如气液分离、强化换热、气井排水采气和地面携液等领域的应用。近年来，随着对清洁能源需求的不断扩大，越来越多的天然气得到使用。而对天然气的输送最常用的方法就是管道输送，管道输送具有连续高效和安全稳定的特点，在天然气资源开发和输送过程中发挥着重要作用。输送过程中因环境等因素会在管道中产生积液影响天然气的输送甚至会生成天然气水合物堵塞管道危害管道安全。因此需要对积液进行排除并提高输送效率，螺旋流作为简单高效的方法得以应用。

目前，对水平管气液两相螺旋流的研究中主要单独对流型或压降研究，缺乏将流型和压降整合的研究，并且含气率以及倾角的因素没有被考虑。因此，设计一种用于研究水平管气液两相螺旋流并且兼顾流型、压降、含气率以及倾角的实验装置，对于研究气液螺旋流的流动规律以及天然气管道的携液应用具有重要意义。

发明内容

本发明针对背景技术中的问题，提出一种用于研究水平管气液两相螺旋流的实验装置。

本发明的技术方案如下：

一种用于研究水平管气液两相螺旋流的实验装置，包括气相供给系统、液相循环系统、管路测量系统及摄像系统。

气相供给系统包括沿着进气管路的气体流动方向依次设置的空气压缩机、止回阀、气体缓冲罐、气体流量调节阀和气体流量计。气体缓冲罐设有弹簧式安全阀和压力表。

液相循环系统包括沿着进液管路的液体流动方向依次设置的水箱、离心泵、液体流量调节阀和液体流量计。

管路测量系统包括气液混合器、环路管线及检测管线，气液混合器的一端设有气液混合器进液口和气液混合器进气口，另一端设有气液混合流体出口(也即气液混合器出口)，所述气液混合器进液口与进液管路的出液口连接，所述气液混合器进气口与进气管路的出气口连接，所述气液混合器出口通过第一三通管分别与环路管线的进口和检测管线的进口连接，所述第一三通管与检测管线连接的一端出口处设有压力传感器；所述环路管线上设有第一快关阀，环路管线的出口与所述水箱的进液口连接；所述检测管线包括直形的有机玻璃管及沿着有机玻璃管内气液混合流体流动方向依次设置在机玻璃管上的第二快关阀、第一透明方砖、第二透明方砖、第三透明方砖及第三快关阀；所述位于第二快关阀两侧的有机玻璃管上沿着有机玻璃管内气液混合流体流动方向分别设有第一测压孔，第一测压孔为预留测压孔，方便做对比实验时测得起旋器上下游的压降和第二测压孔，第一透明方砖与第二透明方砖之间设有第三测压孔，第二透明方砖与第三透明方砖之间设有第四测压孔，第三透明方砖与第三快关阀之间设有第五测压孔，第二测压孔与第三测压孔之间连接有第一压差传感器，第三测压孔与第四测压孔之间连接有第二压差传感器，第四测压孔与第五测压孔之间连接有第三压差传感器；所述有机玻璃管)的出口连接有第二三通管，所述第二三通管的进口处设有温度传感器，第二三通管的其中一个出口设有放空阀，第二三通管的另一个出口通过背压阀与第一快关阀与水箱之间的环路管线连接；所述第二快关阀与第三快关阀可同步启闭，且第二快关阀与第三快关阀同步开启时第一快关阀同时处于关闭状态，第二快关阀与第三快关阀同步关闭时第一快关阀同时处于开启状态。