分相混合循环式油气水多相流模拟实验装置 【技术领域】
本发明涉及一种用于研究油、气、水多相流体流动特性的循环式多相流模拟实验装置。
背景技术
现有实验装置工作时使用的流体通常为油、气、水三相或其中两相混合均匀后的流体，而实际中遇到的流体是自然状态下混合的流体，其形态与人为强制均匀混合的流体存在很大的差异，因此，利用现有装置对混合流体进行研究不但存在较大的误差，而且其研究范围也受到一定的限制。
【发明内容】
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种能够再现油、气、水或其中两相的自然混合状态，能够模拟多相混合流体的各种流动状态，并且能够循环工作的分相混合循环式多相流模拟实验装置。
为达到上述目的，本发明分相混合循环式多相流模拟实验装置包括水箱、油箱、气源、油水分离装置、实验管道及其支架、油气混合装置、油水混合装置、控制装置，水箱上接有输出水泵和输入水泵，其中输出水泵出口与油水混合装置进口相连，油箱上接有输出油泵和输入油泵，输出油泵出口与油气混合装置进口相连，气源通过气体质量流量控制器与油气混合装置进口相连，油气混合装置出口与油水混合装置进口相连，油水混合装置出口接实验管道进口，实验管道出口与油水分离装置进口相接，油水分离装置上分别设置有油、水、气排出口，其中排油口、排水口各自经输入油泵、输入水泵与油箱、水箱相连，控制装置控制水泵、油泵、气体质量流量控制器的工作。
进一步地，所述油水分离装置由至少两级重力油水分离器构成，该重力油水分离器为垂直设置的筒状，其上端带有开放口，每级分离器下方均设置有排水口，所有排水口集中后经所述输入水泵与所述水箱相连或各自单独经输入水泵后与水箱相连，所述排油口设置在最后一级分离器上。
进一步地，所述油水分离装置中下一级分离器在与上一级分离器相接的输入口处设置有导流板。
进一步地，所述分离器上在不同高度位置设置有至少两个排油口。
进一步地，所述实验管道出口与所述油水分离装置进口之间设置有气、液和油、水预分离装置。
进一步地，所述气、液预分离装置为多级管道式分离装置，由水平液箱和垂直管构成，水平液箱两端分别与所述管道和油水分离装置相接，两根以上地垂直管间隔适当距离沿水平液箱长度方向固定并分别与水平液箱相连通，垂直管上端与一根管道连通，该管道另一端通过所述第一级分离器上端设置的开放口插入该分离器适当深度。
进一步地，所述输出油泵出口接有电磁流量计，所述输出水泵出口接有腰轮流量计。
进一步地，所述气源由空气压缩机及气体过滤器构成。
进一步地，所述实验管道包括水平段、垂直段，其中垂直段包括低于水平段和高于水平段两部分。
进一步地，所述油水混合装置和所述油气混合装置均为三通管道接头。
进一步地，所述油水混合装置和所述油气混合装置均为射流泵。
进一步地，所述控制装置中通过变频器控制所述水泵和油泵的工作。
进一步地，所述实验管道由透明材料制成。
利用本发明模拟装置既可以模拟不同比例的油、气、水在自然状态下混合后的流动状态，还可以模拟流体在垂直状态和水平状态的流动状态，同时所使用的水和油均循环工作，因而为科研人员的研究工作提供了便利的实验条件。
【附图说明】
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中A向局部示意图；
图3为图1中D向及其与油水分离装置展开后的连接示意图。
【具体实施方式】
如图1所示，水箱1出口接输出水泵2及电磁流量计3，油箱17出口接输出油泵16和腰轮流量计15，空气压缩机18出口接空气过滤器19和气体质量流量控制器20，腰轮流量计15出口、气体质量流量控制器20出口分别与第一射流泵4进口相接，第一射流泵4出口、电磁流量计3出口分别与第二射流泵4进口相接，第二射流泵4的出口与实验管道5相连，实验管道5支撑在支架6上。管道5出口经气、液和油、水预分离器后接入第一级油水分离器13，气、液分离器由水平液箱9和其上设置的三根垂直管24、25、26(见图3)构成，垂直管24、25、26的上端通过管道8引入第一级油水分离器13，第一级油水分离器13经管道12预第二级油水分离器10相连，第二级油水分离器10上的排油口经输入油泵7接入油箱17，两级油水分离器上的排水口分别通过输入水泵14接入水箱1。
如图2所示，实验管道5带有垂直段和水平段53，垂直段包括高于水平段部分51和低于水平段部分52两部分。
如图3所示，气、液预分离器中的水平液箱9支撑在支架6上，三根垂直管24、25、26间隔适当距离设置，管道8出口伸入第一级油水分离器13适当深度，第一级油水分离器13经管道12与第二级油水分离器10相连，第二级油水分离器10上设置有与管道12入口相配的挡板11。第二级油水分离器10上在不同高度处设置有两个排油口21、22，两级油水分离器上的排水口23均设置其下部。
工作时，控制装置(图中未示出)分别控制水泵2、油泵16、气体质量流量控制器20工作，当需要模拟油、水两相混合状态时，启动水泵2和油泵16，当需要模拟油、气、水三相混合状态时，则同时启动水泵2、油泵16、气体质量流量控制器20。油、气在第一射流泵4中自然混合，从第一射流泵4输出的油、气混合液与水在第二射流泵4中混合，并最终被输入实验管道5内。混合液穿过实验管道5后进入气、液和油、水预分离器，当混合液中含有气体时，气体首先在预分离器中从垂直管24、25、26中被分离析出，并从管道8出口排出，同时被气体带出的液体流入第一级分离器13内，通过调整水平液箱9上的垂直管的数量，可使决大部分的气体从预分离器中排出，以免其随油水混合液一同进入第一级油水分离器，而影响油水的顺利分离，当混合液中没有气体时，油、水可在气、液和油、水预分离器中进行预分离，一部分油可从预分离器中进入油水分离器。当两级油水分离器中的油和水累积到一定量后，通过控制器启动油泵7和水泵14将分离后的油、水分别排入油箱17和水箱1中。图中箭头B未液体流动方向，箭头C为气体排出方向。
工作时，控制装置分别通过变频器改变油泵16和水泵2的工作参数，同时调整气体质量流量控制器20的工作状态，以达到调整油、气、水在混合液中比例的目的。