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滩海油田、陆上边际油田、沙漠油田以及海洋油气田等均为世界能源大国所关注,然而这些油气田的开发开采过程中生产井的产出物一般来说多数是由油、水、气体等组成的多相的混合物,从而在石油工业中经常会遇到油气水三相气液流动。在油田生产过程中,这种现象是普遍存在的。如果采用常规的输送方式,无论是从运行管理,还是经济的角度来说都是不能适应日新月异的石油工业的发展的。 由于三相的密度、粘度等物性的差异、相界面运动、气泡运动与液相的相互作用等原因,以及在强烈瞬变工况下,都必然会伴随着不同程度的波动现象的产生。波动现象广泛存在于管道的各种流动过程中,混输管道过程中常见的波动现象有密度波、压力波和界面波。 本文将主要依据小扰动原理,结合两流体方程,并合理引入广义相间阻力(包括虚拟质量力和拖拽应力)、雷诺应力以及气液相与管壁间的摩擦力等影响因素,进行数值计算,较系统全面的分析了不同流型(分层流、段塞流、泡状流等)下密度波、压力波和界面波的传播特性及与气相相分率之间相互关系,并得到相关结论。 不同性质波的存在加速了流体的流动,增强了气液界面间能量和动量传递,使得两相流的传热、传质及流型等发生很大变化。特别是在长距离油气水输运过程中,波动的存在有可能引起管道及设备的振动,造成疲劳和损坏,影响安全生产。 由此可见,对于混输管道过程中产生的各种波动现象的研究,势必会对油气混输过程产生的不稳定流动以及瞬态特性等相关问题的研究有着重要借鉴意义。