作者：陈家琅,陈涛平
出版社：石油工业出版社
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石油气液两相管流试读：
高等院校石油天然气类规划教材石油气液两相管流（第二版）陈家琅 陈涛平 编著石油工业出版社内容提要本书是按照石油高等院校石油工程和油气储运工程等专业的教学需要而编写的。内容包括气液两相流动的基本概念，流动模型，铅直、水平和倾斜气液两相管流，流过油嘴的流动规律以及流过管件的局部阻力等七章。书末还附有计算原油、天然气、水及其混合物物性参数的经验公式和曲线。
本书可作为石油高等院校有关专业的教材和油田厂矿有关工程技术人员的参考用书。
图书在版编目（CIP）数据
石油气液两相管流/陈家琅，陈涛平编著.—2版.北京：石油工业出版社，2010.3
高等院校石油天然气类规划教材
ISBN 978-7-5021-7272-5
Ⅰ.石…
Ⅱ.①陈…②陈…
Ⅲ.石油管道-气体-液体-流动-研究
Ⅳ.TE973 0359
中国版本图书馆CIP数据核字（2009）第116227号
出版发行：石油工业出版社
（北京安定门外安华里2区1号 100011）
网址：http://pip.cnpc.com.cn
编辑部：（010）64523612 发行部：（010）64523620
经 销：全国新华书店
印 刷：北京中石油彩色印刷有限责任公司
2010年3月第2版 2013年11月第6次印刷
787×1092毫米 开本：1/16 印张：16.5
字数：421千字
定价：26.00元（如出现印装质量问题，我社发行部负责调换）
版权所有，翻印必究第二版 前言
随着石油、化工和核能等工业的发展，气液两相流动的问题日益引起人们的重视。为了满足石油高等院校油田开发、采油工程和储运工程等专业的教学需要，于1988年5月，在总结国内外石油气液两相管流研究成果的基础上，结合作者的教学和科研实践，编著了《石油气液两相管流》一书，1989年8月由石油工业出版社作为高等学校教学用书正式出版发行。二十年来，本书一直被用来作为石油高等院校有关专业高年级学生和研究生的教科书和参考书，并为石油行业的工程技术人员所参考，曾多次印刷发行，受到广大读者的欢迎。
2008年8月在石油工业出版社组织召开的石油工程与储运工程专业教学与教材规划研讨会第二次会议上，《石油气液两相管流（第二版）》被确定为“高等院校石油天然气类规划教材”，以满足高等院校石油工程和油气储运工程等专业的教学需要。
在石油天然气工程领域所涉及的气液两相流动计算中，从20世纪开始的经验处理方法，发展到半经验半理论方法。近年来，随着研究的逐步深入，人们进一步加强了机理性的研究，取得了一定的成果。但是在工程设计中，由于传统的适用方法具有一定的可靠性，仍然受到设计人员的重视。
在石油工程方面，随着定向井、水平井及海洋采油的发展，倾斜管中气液两相流动的研究日益引起人们的关注，并且由于垂直管、水平管及倾斜管中气液两相流动研究的逐渐成熟，三者统一模型的研究更加引起人们的重视。
近二十年来，随着石油等工业的蓬勃发展，特别是油气管道输送的飞速发展，石油气液两相流动的问题日益引起人们的关注，气液两相在铅直、水平和倾斜管流等方面又有了不少新的研究成果，在原油、天然气和水的物性参数方面也有了一些新的计算方法。本书再版之际，作者除对第一版做了个别修改外，在以上诸方面都做了一些补充。
在本书的编写及修改过程中，得到大庆石油学院许多师生的帮助及石油工业出版社的支持，在此一并表示感谢。
由于作者水平有限，书中的缺点和错误在所难免，诚恳欢迎使用本书的师生和广大读者给予指正。编著者2009年10月第一章 绪论第一节 引言
气液两相流体力学是流体力学的一个分支，它研究气体与液体两相介质在共同流动条件下的流动规律。两相介质与单相介质不同，存在着相的分界面。在两相介质共流过程中，介质除了与管道壁面（或绕流物体的壁面）之间存在着作用力外，在两相界面之间还存在着作用力。首先，在连续流动情况下，从力平衡的观点来看，这种两相界面之间的作用力是处于平衡状态的，整个两相流体只与外界物体和进出口界面发生力的作用。可是从能量平衡的观点来看，气液两相流动除了在整体界面上存在能量交换外，在两相界面之间还会有能量交换，而且这种能量交换必然伴随有机械能的损失。其次，在气液两相流动中，两相的分布状况也是多种多样的，可以是密集的，也可以是分散的。这种不同的分布状态，称为两相流动的流动型态，简称流型，如图1-1和图1-2所示。流动型态的不同，不但影响两相流动的力学关系，而且影响其传热和传质性能。再次，在气液两相流动中，各相的速度可能是不同的，这种滑动现象称为滑脱。这些都是气液两相流动不同于单相流动的重要特点，因而也就使得气液两相流动的研究变得复杂了。
气液两相混合物可以分为单工质和双工质两类。前者是指气液两相都具有相同的化学成分（如水和水蒸气的混合物）；后者是指气液两相各具有不同的化学成分（如空气和水的混合物）。图1-1 铅直管中气液两相的流动型态
对于石油工业中的油气水混合物流动来说，由于液相中包括互不相溶的油和水两种液体，所以它应该属于气液多相流动。但是，由于其流动的力学关系与气液两相流动有类似之处，所以一般也划归于气液两相流动力学的研究范畴。图1-2 水平管中气液两相的流动型态第二节 两相流动的处理方法
两相流动虽然比单相流动要复杂得多，但是两者又有共同之处。所以在两相流动的研究中，也可以参考单相流动的处理方法。
两相流动的处理方法可以分为经验方法、半经验方法、理论分析法三种：（1）经验方法。从两相流动的物理概念出发，或者使用量纲分析法，或者根据流动的基本微分方程式，得到反映某一特定的两相流动过程的一些无量纲参数，然后根据实验数据得出描述这一流动过程的经验关系式。（2）半经验方法。根据所研究的两相流动过程的特点，采用适当的假设和简化，再从两相流动的基本方程式出发，求得描述这一流动过程的函数式，然后用实验方法定出式中的经验系数。（3）理论分析法。针对各种流动型态的特点，使用流体力学方法对其流动特性进行理论分析，进而建立起描述这一流动过程的关系式。第三节 气液两相流动参数
对气液两相流动的描述，除了要引用单相流动的参数外，还要使用一些两相流动所特有的参数。显然，在讨论两相流动的规律以前，应该对这些参数有个初步的了解。一、流量
1.质量流量
它表示单位时间内流过过流断面的流体质量。对于气液两相流动来说，有式中 G——两相混合物的质量流量，kg/s；
G——气相的质量流量，kg/s；g
G——液相的质量流量，kg/s 。1
2.体积流量
它表示单位时间内流过过流断面的流体体积。对于气液两相流动来说，有3式中 Q——两相混合物的体积流量，m/s；3
Q——气相的体积流量，m/s；g3
Q——液相的体积流量，m/s1二、速度
1.气相实际速度
气相实际速度定义为式中 υ——气相实际速度，m/s；g2
A——气相在过流断面上所占的面积，m。g
然而，事实上它是气相在所占断面上的平均速度，真正的气相实际速度应该是气相各点的局部速度。
2.液相实际速度
液相实际速度定义为式中 v——液相实际速度，m/s；12
A——液相在过流断面上所占的面积，m。1
同样，它也是液相在所占断面上的平均速度，真正的液相实际速度应该是液相各点的局部速度。
3.气相折算速度
由于两相流动中气液各相在过流断面上所占的面积不易测得，所以实际速度很难计算。为了研究方便起见，在气液两相流体力学中引用了折算速度。所谓折算速度，就是假定管子的全部过流断面只被两相混合物中的一相占据时的流动速度。因此折算速度只是一种假想的速度。
气相折算速度定义为式中 v——气相折算速度，m/s；sg2
A——过流断面的面积，m。
显然，气相折算速度必然小于气相实际速度，即
4.液相折算速度
液相折算速度定义为式中 v——液相折算速度，m/s。s1
显然，液相折算速度也必然小于液相实际速度，即
5.两相混合物速度
两相混合物速度又称流量速度，它表示两相混合物在单位时间内流过过流断面的总体积与过流断面面积之比，即式中 v——两相混合物速度，m/s。
从折算速度的定义可知
虽然混合物速度和折算速度都是实际上并不存在的假想速度，但是引入这些参数将为两相流动的计算和数据处理提供方便。
6.两相混合物的质量速度
它表示单位时间内流过单位过流断面的两相流体的总质量，即G/A。三、滑差和滑动比
1.滑差
一般情况下，在两相流动中气相实际速度和液相实际速度是不相等的，两者的差值称为滑差或滑脱速度，即式中 △v——滑差或滑脱速度，m/s。
2.滑动比
气相实际速度与液相实际速度的比值称为滑动比，即式中 s—滑动比。四、含气率和含液率
1.质量含气率和质量含液率
质量含气率是指单位时间内流过过流断面的两相流体总质量 G中气相介质质量所占的份额，又称干度，即而质量含液率则是指单位时间内流过过流断面的两相流体总质量 G中液相介质质量所占的份额，即
2.体积含气率和体积含液率
体积含气率是指单位时间内流过过流断面的两相流体总体积Q中气相介质体积所占的份额，即
而体积含液率则是指单位时间内流过过流断面的两相流体总体积Q中液相介质体积所占的份额，即
质量含气率x和体积含气率β之间的关系可以通过以下步骤推得。
设气相介质的密度为ρ，液相介质的密度为ρ，显然g1根据质量含气率的定义，有将等号右边的分子、分母各除以ρ（Q+Q），则得gg1同理可得
3.真实含气率和真实含液率
真实含气率又称截面含气率或空隙率，它是指在两相流动的过流断面中，气相面积占过流断面总面积的份额，即
真实含液率又称截面含液率或持液率，它是指在两相流动的过流断面中，液相面积占过流断面总面积的份额，即
对于体积含气率β一定的两相流动来说，如果气相流得快，液相流得慢，那么气相所占的断面积就小，真实含气率φ就小。气相比液相流得越快，φ就越小。
真实含液率与体积含液率的差值，反映了气液两相之间滑动的程度。
真实含气率和真实含液率的确定是一个比较困难的问题，因为它与两相流动的流动型态有关。五、两相混合物的密度
1.流动密度
流动密度是指单位时间内流过过流断面的两相混合物的质量与体积之比，即3式中 ρ′——流动密度，kg/m。
两相混合物的流动密度反映两相介质在流动时的密度，因而与两相介质的流动有关。它常用于计算两相混合物在管道中的沿程阻力损失和局部阻力损失。′
两相混合物的流动密度ρ与两相的密度g，ρ以及体积含气率βρ1之间有以下的关系：
2.真实密度
设在管道某过流断面上取长度为△L的微小流道，则此微小流道过流断面上两相混合物的真实密度应为此微小流道中两相介质的质量与体积之比，即
当两相介质流动的实际速度相等时，即v=v=v，则两相混合物g1的真实密度与流动密度相等。其证明如下：
先分析滑动比：
当v=v时，由式（1-24）可知g1
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