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摘要：在石油工业的采输管线，油井和气井中经常会出现两相流动的情况。在两相或多相管路中，混合物流动时，随着压力、流量、温度、油气比、管道几何形状及地形起伏等参数的变化，形成许多具有不同相分界面的流动结构形式，简称流型。然而不同的多相流型具有不同的动力学和传热特性，因而研究流型对多相流的理论研究、参数测量及生产实际具有重要意义。本文总结了两相流的研究进展在此基础上对两相流的研究趋势进行了概述。
关键词：输油 两相流动 流型 动力学传热特性
一、引言
在石油工业的输油管线，油井和气井中经常会出现两相流动的情况。在美国，有多数的管线是属于两相混输的管线。在两相或多相管路中，混合物在管路中流动时，随着压力、流量、温度、油气比、管道几何形状及地形起伏等参数的变化，形成许多具有不同相分界面的流动结构形式，简称流型。流型是描述气液两相流动体系的基本要素之一。不同的多相流型具有不同的动力学和传热特性，因而流型的研究对多相流的理论研究与参数测量十分重要[1]。正确判断流型对于气液两相流的研究和工程应用都有重要意义，它一直是两相流研究领域的重要方面。近二十五年来，国内外对两相流动进行了广泛的研究，但是大部分都只是仅仅研究了水平或者铅直情况下的两相流的行为分析，也总结出了很多的计算模式和规律。但是当这些规律应用到很多倾斜的管道中时明显是不成立的。本文主要论述了两相流的国内外进展以及对两相流的研究进行了展望。
二、国内外研究现状
早在1914年，wisconsin大学的Davis-weider在直径为31.75mm的短玻璃管内进行空气举升水的实验，他们把管内的摩擦因子与滑移关联起来试图得到DVP为自变量与单相摩擦因子一致的曲线，但是最终失败了，主要因为他们没有考虑混合流动的流型和总的流动密度。2003年Hshi等人对于水平分层流动提出了水层水包油层，油包水层以及油层四层流动理论模型推动了两相流的理论的发展。2004年Righetti 和Romano利用PDA技术获得了两相流在水平管中质的联系。2006年Revellin在Steiner流型图的基础上展示了新的流型机理。2012年学者A.Yu.Varaksin对两相流的动力特性和传热特性进行了研究，指出不同流型对流体的动力特性和传热特性有很大的影响。2014年Hemant B. Mehta[2]通过对0°，30°，45°，60°，90°管内气液两相流动的研究认为段塞流是水平管和所有垂直管的主要流型。
1998年，西安交通大学郭烈锦研究了油气流两相流过弯管时的局部阻力，重新提出了统一的弯管的局部阻力计算公式。2004年西安交通大学刘文红对水平直圆管内油气两相流的压降进行了实验研究，提出了基于典型流型的压力梯度计算模型，并经过对实验结果的分析指出了气相的存在使得油相更容易粘附与壁面，从而引起不同流型下流动所产生的压降及其变化规律差异很大。2005年中国科学院力学研究所许晶禹研究了不同液相介质对气液两相管流中流型和压降的影响，指出液相物性对于较低液相粘度的气液两相流动中的塞状流向弹状流的转化有一定的影响但对水平管中的分层状流动向间歇流动的转化影响很小。2006年刘文红等人又对水平及倾斜管内油气水三相流流型特性做了研究指出气相的作用使得油水分布发生了很大的变化，只有准确的把握流动条件下油水乳状液的变化规律，才能对流型之间的相互转变做出准确的预测和分析。2007年马友光[3]等人对微通道内气液两相流行为进行了研究发现微通道内气液两相流的流型判定并没有一个统一的结论。2008年西安交通大学辛电波通过改变泄漏间隙和泄漏压力差以及油气体积比，借助高速摄影获得了微小间隙内油气两相流的流型。2010年李斌[4]等人以某航空发动机后支点轴承腔为研究对象指出当转速一定时降低滑油量出油温升增加。
由于气液两相流问题固有的复杂性、多样性和测试手段的局限性，故至今对于气液两相流的流动机理，流型形成，阻力特性，质量、动量和能量传递等还不十分清楚，对其许多现象的分析还存在许多分歧。所以目前对气液两相流的研究不得不采用基于实验数据的经验式或半经验式，或者直接进行实验模拟研究。但是随着工程领域的不断发展，气液两相流方向的新课题不断提出和深化，不仅可以推动对气液两相流现象的深入了解，为研究提供新的丰富的内容，也可以为验证已有的模型、理论和关系式提供机会，从而使气液两相流学科得到进一步的发展，而这种发展反过来又必将促进有关工程领域的进一步发展。
三、存在的问题与研究方向
综上所述，虽然国内、外对油水两相流流型识别的研究比较重视，使用了诸多方法，但总体来说两相流的研究还处在实验探索阶段，真正应用到实际生产中的测量方法还较少。因此，对油水两相流流动参数测量的方法还需拓展和改进，对流型特性参数的统计分析研究还亟待加强。主要存在以下不足：
（1） 对流型影响因素的研究还有待完善。当前研究中很少涉及实际生产中使用的大管径，比如油井中普遍使用直径为 125mm 的钢管，输油管线口径通常大于 400mm，因此需要进一步研究大管径对流型的影响；
（2） 温度对流型的影响尚不明确，目前尚缺少井下高温和严寒条件下管线低温输油时管内流型的实验数据；高含蜡高粘易凝原油很少被选作研究对象，若开展该方面的研究或可对含蜡高粘原油的输送及流动保障技术提供更多的理论指导。
（3） 对流型测量方法的研究还待改进。目测法和高速摄影法都需要透明管段或透明窗口，实际应用时受限，侵入式的测量手段对小管径管道流型结构有较大的破坏作用，因而引入各种新的微侵入式和非侵入式的方法是今后测量的趋势。
四、参考文献
[1]HD.Beggs，J.P.Bril. Research of two phase flow in inclined tube [J].SPE36609 1996
[2]Hemant B. Mehta，Jyotirmay Banerjee.An investigation of flow orientation on air–water two-phase flow in circular minichannel[J].Heat Mass Transfer2014
[3]马友光，付涛涛，朱春英. 微通道内气液两相流行为研究进展[ J]. 化工进展， 2007
[4]李斌，刘勇.轴承腔内油气两相流动与换热的数值模拟[J].工程科学学报2010
关键词：输油 两相流动 流型 动力学传热特性
一、引言
在石油工业的输油管线，油井和气井中经常会出现两相流动的情况。在美国，有多数的管线是属于两相混输的管线。在两相或多相管路中，混合物在管路中流动时，随着压力、流量、温度、油气比、管道几何形状及地形起伏等参数的变化，形成许多具有不同相分界面的流动结构形式，简称流型。流型是描述气液两相流动体系的基本要素之一。不同的多相流型具有不同的动力学和传热特性，因而流型的研究对多相流的理论研究与参数测量十分重要[1]。正确判断流型对于气液两相流的研究和工程应用都有重要意义，它一直是两相流研究领域的重要方面。近二十五年来，国内外对两相流动进行了广泛的研究，但是大部分都只是仅仅研究了水平或者铅直情况下的两相流的行为分析，也总结出了很多的计算模式和规律。但是当这些规律应用到很多倾斜的管道中时明显是不成立的。本文主要论述了两相流的国内外进展以及对两相流的研究进行了展望。
二、国内外研究现状
早在1914年，wisconsin大学的Davis-weider在直径为31.75mm的短玻璃管内进行空气举升水的实验，他们把管内的摩擦因子与滑移关联起来试图得到DVP为自变量与单相摩擦因子一致的曲线，但是最终失败了，主要因为他们没有考虑混合流动的流型和总的流动密度。2003年Hshi等人对于水平分层流动提出了水层水包油层，油包水层以及油层四层流动理论模型推动了两相流的理论的发展。2004年Righetti 和Romano利用PDA技术获得了两相流在水平管中质的联系。2006年Revellin在Steiner流型图的基础上展示了新的流型机理。2012年学者A.Yu.Varaksin对两相流的动力特性和传热特性进行了研究，指出不同流型对流体的动力特性和传热特性有很大的影响。2014年Hemant B. Mehta[2]通过对0°，30°，45°，60°，90°管内气液两相流动的研究认为段塞流是水平管和所有垂直管的主要流型。
1998年，西安交通大学郭烈锦研究了油气流两相流过弯管时的局部阻力，重新提出了统一的弯管的局部阻力计算公式。2004年西安交通大学刘文红对水平直圆管内油气两相流的压降进行了实验研究，提出了基于典型流型的压力梯度计算模型，并经过对实验结果的分析指出了气相的存在使得油相更容易粘附与壁面，从而引起不同流型下流动所产生的压降及其变化规律差异很大。2005年中国科学院力学研究所许晶禹研究了不同液相介质对气液两相管流中流型和压降的影响，指出液相物性对于较低液相粘度的气液两相流动中的塞状流向弹状流的转化有一定的影响但对水平管中的分层状流动向间歇流动的转化影响很小。2006年刘文红等人又对水平及倾斜管内油气水三相流流型特性做了研究指出气相的作用使得油水分布发生了很大的变化，只有准确的把握流动条件下油水乳状液的变化规律，才能对流型之间的相互转变做出准确的预测和分析。2007年马友光[3]等人对微通道内气液两相流行为进行了研究发现微通道内气液两相流的流型判定并没有一个统一的结论。2008年西安交通大学辛电波通过改变泄漏间隙和泄漏压力差以及油气体积比，借助高速摄影获得了微小间隙内油气两相流的流型。2010年李斌[4]等人以某航空发动机后支点轴承腔为研究对象指出当转速一定时降低滑油量出油温升增加。
由于气液两相流问题固有的复杂性、多样性和测试手段的局限性，故至今对于气液两相流的流动机理，流型形成，阻力特性，质量、动量和能量传递等还不十分清楚，对其许多现象的分析还存在许多分歧。所以目前对气液两相流的研究不得不采用基于实验数据的经验式或半经验式，或者直接进行实验模拟研究。但是随着工程领域的不断发展，气液两相流方向的新课题不断提出和深化，不仅可以推动对气液两相流现象的深入了解，为研究提供新的丰富的内容，也可以为验证已有的模型、理论和关系式提供机会，从而使气液两相流学科得到进一步的发展，而这种发展反过来又必将促进有关工程领域的进一步发展。
三、存在的问题与研究方向
综上所述，虽然国内、外对油水两相流流型识别的研究比较重视，使用了诸多方法，但总体来说两相流的研究还处在实验探索阶段，真正应用到实际生产中的测量方法还较少。因此，对油水两相流流动参数测量的方法还需拓展和改进，对流型特性参数的统计分析研究还亟待加强。主要存在以下不足：
（1） 对流型影响因素的研究还有待完善。当前研究中很少涉及实际生产中使用的大管径，比如油井中普遍使用直径为 125mm 的钢管，输油管线口径通常大于 400mm，因此需要进一步研究大管径对流型的影响；
（2） 温度对流型的影响尚不明确，目前尚缺少井下高温和严寒条件下管线低温输油时管内流型的实验数据；高含蜡高粘易凝原油很少被选作研究对象，若开展该方面的研究或可对含蜡高粘原油的输送及流动保障技术提供更多的理论指导。
（3） 对流型测量方法的研究还待改进。目测法和高速摄影法都需要透明管段或透明窗口，实际应用时受限，侵入式的测量手段对小管径管道流型结构有较大的破坏作用，因而引入各种新的微侵入式和非侵入式的方法是今后测量的趋势。
四、参考文献
[1]HD.Beggs，J.P.Bril. Research of two phase flow in inclined tube [J].SPE36609 1996
[2]Hemant B. Mehta，Jyotirmay Banerjee.An investigation of flow orientation on air–water two-phase flow in circular minichannel[J].Heat Mass Transfer2014
[3]马友光，付涛涛，朱春英. 微通道内气液两相流行为研究进展[ J]. 化工进展， 2007
[4]李斌，刘勇.轴承腔内油气两相流动与换热的数值模拟[J].工程科学学报2010