YuriV.Fairuzov（著）马强译（）（辽河油田公司）摘要：这是一项关于微微倾斜管道中油/水混合物流型转化的研究。从油/水层流的线形-稳定性理论得出的两条准则用于预测层流到非层流的转化。把水平管道和倾斜管道（±1°和±5°）理论转化分界限与已出版的实验数据作了比较。研究表明管道的倾斜度对层流区域有显著的影响。取得的结果对原油的出油管线和定向井的设计与操作很有用。引言在长距离钢管道中输送的原油都含有自由水。在有些情况下，才运行3至5年的管道，就需要修复或更换被腐蚀的管段。超声波探伤表明最严重的内腐蚀出现在低速管段，在这些地方多为层流（分离的）。在油/水层流中，油水两项都是连续的；油在管道的上半层，水在管道的下部分流动。水层与管壁的连续接触加大了内腐蚀的危险性。此外，自由水能维持对管道造成微生物腐蚀的硫酸盐还原菌的生命。为了降低由分离相造成的腐蚀的危险性，让油/水混合物呈油包水乳状液时输送。这样，水和管道内表面的局部接触降至最小，不会出现连续接触。因此，在原油管线的设计和维护中，预测层流到弥散流的转变是很重要的。在前发表的研究指出水平液/液相的压力等级强烈取决于其流态。有一整组方法来计算管道的压力降，条件是对流态有准确的预测。对多相流管道中防腐剂运输包括确定两相流的结构。定向井的设计同样需要准确预测倾斜管道油/水流的基本流动参数（压力降、持水率、流型）。除却它的重要性，在文献中相对没有关注管道内两个非混相液体的流动。这方面的大多数研究都集中在管道油/水流的实验分析上。很少有关于液/液系统中流态转变建模的研究发表。Brauner和Maron在两非混相液体层流的线形-稳定性分析及双流体模型的公式系统的恰当分析的基础上，调查了水平液/液流体从层流到非层流的转变。基于这些理论，他们提出了两条预测层流/非层流转变的准则。它们是：零中型稳定状态（ZNS）和零实特征状态（ZRC）。基于Kelvin-Helmoltz(KH)经典的一维两相流体界面稳定性分析，也能得到这两条准则。Trallero利用两套线形-稳定性分析来测试油/水界面的稳定性：基于考虑了剪切应力的两流体模型而做的粘Kelvin-Helmoltz分析（VKH）、忽略了这些因素的非粘性Kelvin-Helmoltz（IKH）。忽略掉界面张力以后，ZNS/ZRC理论同VKH/IKH分析等价。Trallero对预测流型转变的恰当分析提出了质疑，Ramshow和Trapp指出忽略表面张力的两流体表达式一贯都是很好提出的。Ⅲ表示短波长范围内的不稳定性，但都相信转变与长界面波的不稳定性有关。鲜有进行倾斜管道中油/水流的研究。Scott实验性地调查恶劣上升（15°）的油/水流的流型。他观察了界面上的大波幅滚动波。这些波由重力产生，它在水层上引入了一个连续回流。Scott在实验中没有观察平坦层流。Cox报道了下降（15°）油/水流的流型图。他观察到倾斜油/水流是波的存在或界面上的一些混合为特征的，不久前，Alkayaetat实验调查了在微微倾斜管道（-5°～5°）的倾角对流型转化边界的影响。毫无疑问，这些研究增进了对管道中油/水流体的理解。但是，至今尚未有人总结出两个非混相液体的流型图。未来也不大可能提出这种图，因为理论及实验研究都表明管道的几何尺寸和流体的组成都对流型转化有很大的影响。因此，小管径管道及石油的实验流型图对输送原油的大管径管道油/水流的建模不适用。因此，建立能准确预测流型的模型对设计、运行产品和运送设备都十分重要。本文中，进行了微微倾斜管道中油水流的研究，并重点研究了从层流到非层流流型的转变，在对比理论转变边界和已发表的实验数据的基础上，评估了不同流型转变模型的预测能力，进行了一个关于大管径管线管道倾角对油水流的参数调查研究。转变标准现采用两条基于流体模型的标准来预测层流、非层流的转变。图1描述了倾斜管线中油水层流普遍接受的方程，如下所示：油质量守恒方程：（1）水质量守恒方程：（2）组合动量方程：（3）式中：（4）图1——管内油/水层流3上面界面应力项的符号符合的情况。方程4中剪切应力的计算用的是Maron和Brauner提出的方法（见附录）。另外，计算几何尺寸不同对层流的影响关系见表1。油水流的第一条转变准则是在中性稳定条件下的，此时，两项中都是以紊流占主导，如下所示：（5）式中：（6）将方程5中中性－稳定性波的数目设为0，得到ZNS线。ZNS状态于不计表明张力的VKH分析所得准则一致。ZNS/VKH线限制了所有可能得平滑流层。（这个符号将用在书中指明方程5的条件）。在ZNS边界外得区域，线性－稳定性分析预测长波扰动随时间增长的指数。可清除该区域内由非线性影响造成扰动增长。从而出现分层波浪流或其它不同的流型。不幸的是线性－稳定性