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石油工业管道的内腐蚀具有很高的危险性，因内腐蚀而产生的管道开裂会对人身安全和环境造成潜在的威胁。油-水两相流和油-气-水三相流在原油管道中极为常见。因为产出的原油中包含各类腐蚀性物质，这些腐蚀性物质以水作为反应介质，且腐蚀机理各不相同，多种腐蚀介质耦合作用下会产生一系列更加复杂的物理、化学变化。但是世界各地原油管道所含腐蚀介质各不相同，这类针对具体腐蚀介质的腐蚀机理研究并不具有普遍适用性。
国内外现有研究普遍认为，浸润管道内壁的水相决定了内腐蚀发生的起始位置。本论文旨在针对不同的含水原油管道提出一个具有普遍适用性的内腐蚀位置预测方法，从而高效地预测原油管道内腐蚀发生的风险位置，为管道的完整性管理提供可靠依据，预防管线因腐蚀泄漏而造成的安全危害和经济损失。这对于含水原油管道的设计、维护以及安全评价等工作具有十分重要的指导意义和参考价值。论文研究了多种因素对于“水相浸润管道内壁”这一过程的影响，如流体流速、管道倾角、相转现象、分散相水滴的运动、管壁的亲/疏水性等，以揭示油-水两相流的流体动力学特性对于腐蚀位置的影响。
论文工作总结如下：
(1)完成了管道在不同运行条件下的油-水两相流动试验。通过双层电极结构的阻抗传感器对水相预先浸润碳钢(亲水性表面)、油相预先浸润碳钢(不稳定的疏水性表面)和PVC(稳定的疏水性表面)三种不同管道在不同流动条件下(流速、含水率、管道倾角)的相浸润情况以及水层厚度进行数据采集，以获得相应试验条件下的相浸润分布图以及水层厚度信息。针对管道内壁的亲/疏水性对于水相浸润管道内壁的影响机理进行了研究。
(2)分散相液滴的尺寸分布是水相浸润模型研究的重要组成部分，对不同流动条件下管道内的分散相液滴尺寸进行了测量，并对液滴尺寸分布函数进行了拟合，准确计算不同流动条件下分散相液滴的尺寸分布，从而改进当前的水相浸润模型。
(3)针对具有不同亲/疏水性的表面进行了多组接触角测量试验，对影响管道内表面亲/疏水性的因素，如温度、原油种类、材料表面粗糙度等进行了控制变量的对比试验，详细分析其影响规律。
(4)结合油-水两相流的流动试验结果，并基于Eulerian-Eulerian法，进行计算流体动力学(CFD)仿真，研究关键参数(即：含水率、混合流速、油相粘度、管道倾角)对管道中油-水两相的分布和水相浸润管壁行为的影响。特别研究了试验无法测得的管道弯头位置的水相聚集及流动特性。
(5)基于试验数据，改进了当前Brauner水相浸润模型中的分散相最大液滴尺寸的计算公式。以Karabelas模型为基础，结合分散相液滴尺寸的分布函数，对管道底部的水相浓度进行计算，并与相应油-水系统的相转点进行比对，得出管道内分散相水滴聚合、沉积的临界条件。考虑了具有不同亲/疏水性的管道内连续水层的形成机理不同，结合分散相水滴在连续油相中夹带、二次夹带的计算方法，建立了管道底部连续水层形成的判别方法，提出了含水原油管道内腐蚀位置的预测方法。
国内外现有研究普遍认为，浸润管道内壁的水相决定了内腐蚀发生的起始位置。本论文旨在针对不同的含水原油管道提出一个具有普遍适用性的内腐蚀位置预测方法，从而高效地预测原油管道内腐蚀发生的风险位置，为管道的完整性管理提供可靠依据，预防管线因腐蚀泄漏而造成的安全危害和经济损失。这对于含水原油管道的设计、维护以及安全评价等工作具有十分重要的指导意义和参考价值。论文研究了多种因素对于“水相浸润管道内壁”这一过程的影响，如流体流速、管道倾角、相转现象、分散相水滴的运动、管壁的亲/疏水性等，以揭示油-水两相流的流体动力学特性对于腐蚀位置的影响。
论文工作总结如下：
(1)完成了管道在不同运行条件下的油-水两相流动试验。通过双层电极结构的阻抗传感器对水相预先浸润碳钢(亲水性表面)、油相预先浸润碳钢(不稳定的疏水性表面)和PVC(稳定的疏水性表面)三种不同管道在不同流动条件下(流速、含水率、管道倾角)的相浸润情况以及水层厚度进行数据采集，以获得相应试验条件下的相浸润分布图以及水层厚度信息。针对管道内壁的亲/疏水性对于水相浸润管道内壁的影响机理进行了研究。
(2)分散相液滴的尺寸分布是水相浸润模型研究的重要组成部分，对不同流动条件下管道内的分散相液滴尺寸进行了测量，并对液滴尺寸分布函数进行了拟合，准确计算不同流动条件下分散相液滴的尺寸分布，从而改进当前的水相浸润模型。
(3)针对具有不同亲/疏水性的表面进行了多组接触角测量试验，对影响管道内表面亲/疏水性的因素，如温度、原油种类、材料表面粗糙度等进行了控制变量的对比试验，详细分析其影响规律。
(4)结合油-水两相流的流动试验结果，并基于Eulerian-Eulerian法，进行计算流体动力学(CFD)仿真，研究关键参数(即：含水率、混合流速、油相粘度、管道倾角)对管道中油-水两相的分布和水相浸润管壁行为的影响。特别研究了试验无法测得的管道弯头位置的水相聚集及流动特性。
(5)基于试验数据，改进了当前Brauner水相浸润模型中的分散相最大液滴尺寸的计算公式。以Karabelas模型为基础，结合分散相液滴尺寸的分布函数，对管道底部的水相浓度进行计算，并与相应油-水系统的相转点进行比对，得出管道内分散相水滴聚合、沉积的临界条件。考虑了具有不同亲/疏水性的管道内连续水层的形成机理不同，结合分散相水滴在连续油相中夹带、二次夹带的计算方法，建立了管道底部连续水层形成的判别方法，提出了含水原油管道内腐蚀位置的预测方法。