一種可視化液液兩相流環道實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明是基于環道實驗架，對液液兩相流的實驗現象、流型進行可視化觀測，在實驗過程中溫度、流量、壓降等參數進行收集分析的實驗裝置。
【背景技術】
[0002]在如今的工業生產中，核能、化工、石油行業的發展強烈推進了多相流領域中的各種研究，其中液液兩相流的研究問題一直沒有實質性的突破。在石油行業的實際生產中，原油伴水開采、成品油投產油頂水等過程都是典型的液液兩相流。研究兩相流的流動規律和機理可以降低生產過程中的能耗，減少管線的內腐蝕并促進多相混輸、計量技術。
[0003]液液兩相流的研究始源于二十世紀初期，由于當時的研究手段不成熟，實驗設備落后，僅僅是對液液兩相流進行了較為粗略的流動狀態研究。直到二十世紀九十年代，由于石油行業中原油開采的液液混合問題，以美國、英國、以色列、法國為首的西方發達國家開展了液液兩相流變特性的研究工作。近幾年，由于我國成品油頂水的投產方式，導致成品油管道內腐蝕較為嚴重，國內一些學者將液液兩相流列為研究要點進行研究。
[0004]從液液兩相流的研究發展過程看，無論是起初的室內物性實驗、基本的流型觀測實驗還是后期的數值模擬的實驗，彼此之間缺乏相互支撐關系。不同的材質、管徑、實驗方法得出的參數變化范圍大，實測數據千差萬別，無法相互比較。而已有的室內實驗裝置都是單純實現兩相接觸流動的簡易裝置，無法模擬管道中液液兩相在實際生產過程中的真實狀
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[0005]因此，設計研發一套具備數據采集功能的可視化液液兩相實驗裝置對于液液兩相流研究有著積極的意義。
【發明內容】
[0006]本發明是一種具備數據采集功能的可視化液液兩相實驗裝置。
[0007]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:
[0008]首先設置一個儲液罐，以便實現環道系統實驗介質循環和儲存功能；在儲液罐低液位處開口連接出罐管道依次連接出口控制閥、離心栗、流量調節閥、溫度變送器、流量變送器、加注系統、亞克力透明彎管、上傾管段、回流管段后回到儲液罐，形成一個閉合回路。排污閥共兩個，分別設置在加注系統底部和亞克力透明彎管前段；在上傾管段處開4個孔，插入傳感器，連入數據收集系統對實驗過程中的壓降進行數據采集；在上傾管段前后兩端設置2個葫蘆架，通過拉動轉軸調整上傾管道的角度，配合觀測管段的角度；觀測裝置為高清高速攝像儀，放置位置于亞克力管水平，在實驗進行過程中同步記錄拍攝亞克力管中兩相流狀態，并將數據傳送至數據收集終端進行保存。整個實驗裝置由環道管線實現回路，儲液罐儲存實驗介質，離心栗提供動力，流量調節閥調節流量，加注系統注入第二液相介質，亞克力管進行實驗觀測，流量變送器、溫度變送器、壓差變送器、高清高速攝像儀和數據收集系統進行試驗數據的采集。
[0009]本發明的優點是:
[0010](I)根據有效剪切應力相似原理進行設計的實驗架，在觀測段處的液液兩相受到重力、壁面剪切力、液液界面剪切里的共同作用，符合實際生產中的動態力學特征。
[0011](2)加注系統方便操作，按照相似準則進行換算后，可以進行不同注液量工況下的實驗。
[0012](3)數據收集系統可以實時收集流速、持液率、壓降等與液液兩相流動特性直接相關的參數。
[0013](4)支架調節系統可以根據不同上傾角度，方便地對上傾長管調整懸空位置，最大程度地減少了角度變化所產生的工作量。
[0014](5)除液液兩相流動實驗外，本裝置還可以進行沖刷、降阻劑性能評價等環道試驗，利用率較大，功能全面。
[0015](6)實驗環道所有部分均可拆卸，拆卸后可以對管道和設備的內部結果進行檢測，評價在兩相流過程中對內壁腐蝕的影響。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明俯視結構示意圖。
[0017]圖2是本發明正視結構示意圖。
[0018]圖3是本發明后視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖及實施例子，對本發明進行詳細描述。
[0020]參看圖1，環道實驗裝置由儲液罐1、出口閥2、離心栗3、流量調節閥4、溫度變送器5、流量變送器6、加注系統7、排污閥8，排污閥9、亞克力彎管10、上傾管道11、壓差變送器12、回流系統13依次通過法蘭連接組成。環道實驗裝置的管道直徑為50_，材料為鍍鋅鋼管、亞克力管和鋼絲螺旋軟管。裝置各部分設計尺寸及功能如下:
[0021]儲液罐I的尺寸是直徑為323.9mm，高度1200mm的圓柱鋼桶。儲液罐底部是倒錐形，錐形細口處設置排污閥，用以排流罐內沉積液。儲液罐頂部開口直徑70_的圓形缺口，回流管從此處插入儲液罐底部。
[0022]參看圖2，儲液罐I內儲存實驗介質，由出口閥2控制儲液罐液位并防止儲液罐I發生溢出事故，在實驗進行過程中出口閥2處于常開狀態，實驗結束后出口閥2處于關閉狀態；出口閥2后連接離心栗3、流量調節閥4、溫度變送器5和流量變送器6，通過流量調節閥4調節環道實驗工況下流量，并利用溫度變送器5和流量變送器6對介質流速、溫度進行監控并將數據傳送到數據采集系統。調整流量后，進入加注系統7，加注系統由一條主管道和一條旁接管道組成，主管道前后各有一個截斷閥，中間部位設有加注閥和排污閥，裝置通過排污閥排除主管道內一定體積實驗實驗(根據注液量確定)，然后經加注閥注入第二液相，從而實現液液兩相的初始狀態；旁接管道設有一個截斷閥，其功能是為了在加注期間保持實驗環道在穩定流量下運行，最大程度地減少加注系統對實驗工況的影響。
[0023]參看圖3，在加注系統后，連接具有一定上傾角度的亞克力彎管10 (角度根據實驗需要定制)，在此處可進行水平段、彎頭和上傾段處液液兩相流實驗現象的觀測和攝影記錄；亞克力彎管前后分別用法蘭片與鍍鋅鋼管連接，上傾管段11上均勻分布4個壓力傳感器，與壓差傳感器相連，在實驗過程中記錄4個點的壓力變化，并傳送到數據采集系統進行后期分析；上傾管段11的角度通過支撐系統14進行調整，支撐系統由2個葫蘆架組成，2個葫蘆架分別放置于上傾管段11的前后兩端，將定滑輪的兩端固定在葫蘆架頂部和管道上，通過拉動定滑輪調整管道前后兩端的高度，從而實現上傾角度的調節。最后，上傾管段11出口處與回流系統13連接，實驗介質回流到儲液罐1，實現了實驗環道的循環工作。回流管道的材質采用鋼絲螺旋軟管，一方面保證了管道的韌性，另一方面便于適應上傾管道11的調整帶來的位移變化。
[0024]如圖1所示，本裝置在使用前，應組裝上實驗所需角度的亞克力管道10，調整好上傾管段11的角度，連接好環道實驗系統。然后關閉排污閥8、加注閥，打開其他所有閥門，利用液位高差，使儲液罐內的實驗介質自流充滿環道。然后離心栗3通電，使環道穩定運行一段時間，待流量穩定不變后開啟加注系統7的旁通管段。此時應關閉加注系統7主管道處加注口前后兩個截止閥，利用排污閥8排除加注段一定體積實驗介質(與注液量相同)后，從加注口注入第二液相，關閉加注閥。稍等片刻，待液液兩相完全穩定后，開栗后從零開始緩緩調節流量至指定試驗工況，開始進行實驗。在亞克力管10處架設高速攝像儀記錄液液兩相流在水平管、彎管和上傾管處的流動特性，并通過數據采集系統采集流動過程中的運行參數和流動圖像進行處理分析。
【主權項】
1.一種可視化液液兩相流環道實驗裝置，其特征在于:通過儲液罐1、出口閥2、離心栗3、流量調節閥4、溫度變送器5、流量變送器6、加注系統7、排污閥8、排污閥9、亞克力彎管10、上傾管道11、壓差變送器12、回流系統13依次通過法蘭連接組成；材料有鍍鋅鋼管、亞克力透明管和鋼絲膠管。2.如權利要求1所述的一種可視化液液兩相流環道實驗裝置，其特征在于:通過透明亞克力管10進行液液兩相流在水平段、彎管和上傾管段處的流動特征的觀測和記錄。3.如權利要求1所述的一種可視化液液兩相流環道實驗裝置，其特征在于:通過溫度、壓力變送器5、6和上傾管道11處的壓差傳感器12組成的數據采集系統進行實驗過程相關參數的收集和后期分析。4.如權利要求1所述的一種可視化液液兩相流環道實驗裝置，其特征在于:上傾管段11前后兩端設置2個葫蘆架組成支撐系統14，通過拉動定滑輪轉軸調整上傾管道的角度，配合觀測管段的角度，組成上傾實驗段進行壓差數據收集。5.如權利要求1所述的一種可視化液液兩相流環道實驗裝置，其特征在于:加注系統7通過排污閥8排除實驗介質和加注閥注入第二液相的方式形成液液兩相初始狀態。6.如權利要求1所述的一種可視化液液兩相流環道實驗裝置，其特征在于:加注系統7由主管道和旁通管道兩部分組成，可保證在加注過程中環道系統工況的穩定性。7.如權利要求1所述的一種可視化液液兩相流環道實驗裝置，其特征在于:回流系統13采用了鋼絲螺旋軟管，保證韌性的同時便于配合上傾管道的角度變化帶來的位移。
【專利摘要】一種可視化液液兩相流環道實驗裝置，其特征在于：通過儲液罐、出口閥、離心泵、溫度變送器、壓力變送器、加注系統、亞克力觀測管段、上傾管道、回流系統和數據采集系統構成一個閉合實驗環道；實驗系統根據剪切應力相似原則進行設計，符合流體力學動態特征；加注系統可以實現任意含水量的液液初始狀態；通過透明亞克力管進行油水兩相流在水平段、彎管和上傾管段處的流動特征的觀測和記錄；通過溫度、壓力變送器和上傾管道處的壓差傳感器組成的數據采集系統進行實驗過程相關參數的收集和后期分析。本環道實驗裝置適用于液液兩相流的流動狀態及流動特征分析研究。
【IPC分類】G01M10/00
【公開號】CN105222986
【申請號】CN201510642277
【發明人】宋曉琴, 熊柯杰, 張濤, 余東亮, 陳妍君, 楊月新, 黃詩嵬, 駱宋洋, 李佳佳
【申請人】西南石油大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月7日