Основные характеристики двухфазного потока

 

При движении газожидкостного потока абсолютные скорости фаз не равны. На горизонтальных и восходящих участках трассы скорость газовой фазы выше, чем у жидкой, а на нисходящих - наоборот.

Различают приведенную и истинную скорости фаз. Под приведен­ной скоростью понимается отношение объемного расхода данной фазы (Q_ж, Q_r) к площади сечения трубопровода F, т.е.

(3.1)

 

Как видно, приведенной скоростью называется средняя скорость, которую имела бы жидкость или газовая фаза, заполняя все сечение тру­бы.

Скорость смеси находится как отношение суммы объемных рас­ходов фаз

Q_см = Q_ж + Q_r к площади сечения трубопровода, т.е

 

(3.2)

и равна сумме приведенных скоростей фаз.

 

Соотношение расходов фаз в трубопроводе характеризуется величи­ной расходного газосодержания равного отношению расхода газовой фазы к расходу смеси

β = (3.3)

Истинные скорости фаз вычисляют как отношение их объемного рас­хода к занимаемой площади, т.е.

(3.4)

где φ - истинное газосодержание, под которым понимается доля сечения трубы, занятая газовой фазой.

 

Легко показать, что истинная и приведенная скорости фаз связаны соотношениями

(3.5)

 

Часто используется понятие относительной скорости фаз (скорости скольжения)

 

 

 

Выражая истинные скорости фаз через приведенные и используя выражение для расходного газосодержания, после простых преобразова­ний получим

(3.6)

Для обобщения основных закономерностей течения газожидкостных смесей используются безразмерные критерии подобия - числа Рейнольдса, Вебера и Фруда. Число Рейнольдса Re_cм представляет собой меру отно­шения инерционной силы к силе внутреннего трения. Оно характеризует гидродинамический режим перекачки газожидкостной смеси. Число Ве­бера We_см отражает соотношение между силой поверхностного натяжения и силой инерции. Оно характеризует способность границы раздела "жид­кость-газ" к деформации. Число Фруда Fr_см характеризует соотношение силы инерции и силы тяжести. Сила инерции вызывает возмущение в по­токе, приводящее к перемешиванию фаз, а сила тяжести, наоборот, стре­мится вызвать их расслоение. Величины критериев подобия определяют­ся выражениями

 

(3.7)

 

где r_гм, m_см - плотность и динамическая вязкость смеси.

Плотность двухфазной смеси определяется как аддитивная величи­на

(3.8)

 

где ρ_r, ρ_ж - плотности газовой и жидкой фаз при средних температу­ре и давлении.

 

Динамическая вязкость газожидкостной смеси пузырьковой и эмуль­сионной структуры вычисляется по формуле Бринкмана

 

(3.9)

 

В других случаях может быть использована приближенная зависи­мость

(3.10)

 

 

Характерной особенностью двухфазных течений является пульсация давления в трубопроводах. Экспериментально установлено, что имеется два основных вида пульсаций: высокочастотные микропульсацин и низ­кочастотные макропульсации. Существование высокочастотных пульса­ций связано с различием скоростей фаз, а низкочастотных - с накоплени­ем жидкости в трубопроводе и периодическим выбросом ее потоком газа.

По рекомендации А.И. Гужова амплитуда пульсации давления с по­грешностью ± 15 % может быть рассчитана по эмпирической формуле

 

A= 40 · ρg · Dβ ·(l - β) ·Fr_cм exp (3.11)