管道內(nèi)氣液兩相流流激力研究進(jìn)展

何兆洋，劉海瀟，何利民，王 丹，赫松濤

1) 中國石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，青島 266580 2) 山東省油氣儲(chǔ)運(yùn)安全省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266580 3) 中石油管道有限責(zé)任公司，北京 100029 4) 中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101

管道內(nèi)氣液兩相流在核工業(yè)、化工業(yè)以及石油運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)領(lǐng)域中廣泛存在，與單相流相比，其密度、壓力、動(dòng)量通量在流動(dòng)中變化較大[1?3]，當(dāng)流經(jīng)閥門、彎頭、三通等部件時(shí)，極易引起脈動(dòng)力，即“流激力”[4?6].“流激力”會(huì)引起管道振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)頻率與管道固有頻率相接近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“共振”現(xiàn)象[7?10]，使管道振動(dòng)幅度進(jìn)一步增大，引起管系的疲勞破壞[11?13].據(jù)英國安全與健康執(zhí)行局（HSE）的研究顯示，英國2010年海洋工程行業(yè)在北海21%的管道損壞是由管道振動(dòng)引起的疲勞失效引起[14].因此研究“流激力”對(duì)管道的安全設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有重要意義.

在過去幾十年內(nèi)，管道外流對(duì)管道的影響受到了廣泛關(guān)注[15?20]，但隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)流流激力的產(chǎn)生機(jī)理與管道外流有本質(zhì)的區(qū)別[21].本文首先對(duì)管道內(nèi)氣液兩相流流激力的產(chǎn)生機(jī)理方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，然后總結(jié)了流激力的影響因素，最后對(duì)其計(jì)算模型進(jìn)行了闡述，旨在全面展示氣液兩相內(nèi)流流激力的研究現(xiàn)狀，為進(jìn)一步開展相關(guān)研究給出指導(dǎo).

1 氣液兩相流流激力發(fā)生機(jī)理

1968年，學(xué)者Yih和Griffith[22]首次進(jìn)行了三通結(jié)構(gòu)內(nèi)氣液兩相流流激力的實(shí)驗(yàn)研究，研究發(fā)現(xiàn)：氣液兩相流流動(dòng)伴隨著強(qiáng)烈的壓力、持液率和動(dòng)量通……