專利名稱：分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于研究油、氣、水多相流體流動特性的循環(huán)式多相流模擬實驗裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有實驗裝置工作時使用的流體通常為油、氣、水三相或其中兩相混合均勻后的流體，而實際中遇到的流體是自然狀態(tài)下混合的流體，其形態(tài)與人為強(qiáng)制均勻混合的流體存在很大的差異，因此，利用現(xiàn)有裝置對混合流體進(jìn)行研究不但存在較大的誤差，而且其研究范圍也受到一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種能夠再現(xiàn)油、氣、水或其中兩相的自然混合狀態(tài)，能夠模擬多相混合流體的各種流動狀態(tài)，并且能夠循環(huán)工作的分相混合循環(huán)式多相流模擬實驗裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明分相混合循環(huán)式多相流模擬實驗裝置包括水箱、油箱、氣源、油水分離裝置、實驗管道及其支架、油氣混合裝置、油水混合裝置、控制裝置，水箱上接有輸出水泵和輸入水泵，其中輸出水泵出口與油水混合裝置進(jìn)口相連，油箱上接有輸出油泵和輸入油泵，輸出油泵出口與油氣混合裝置進(jìn)口相連，氣源通過氣體質(zhì)量流量控制器與油氣混合裝置進(jìn)口相連，油氣混合裝置出口與油水混合裝置進(jìn)口相連，油水混合裝置出口接實驗管道進(jìn)口，實驗管道出口與油水分離裝置進(jìn)口相接，油水分離裝置上分別設(shè)置有油、水、氣排出口，其中排油口、排水口各自經(jīng)輸入油泵、輸入水泵與油箱、水箱相連，控制裝置控制水泵、油泵、氣體質(zhì)量流量控制器的工作。
進(jìn)一步地，所述油水分離裝置由至少兩級重力油水分離器構(gòu)成，該重力油水分離器為垂直設(shè)置的筒狀，其上端帶有開放口，每級分離器下方均設(shè)置有排水口，所有排水口集中后經(jīng)所述輸入水泵與所述水箱相連或各自單獨經(jīng)輸入水泵后與水箱相連，所述排油口設(shè)置在最后一級分離器上。
進(jìn)一步地，所述油水分離裝置中下一級分離器在與上一級分離器相接的輸入口處設(shè)置有導(dǎo)流板。
進(jìn)一步地，所述分離器上在不同高度位置設(shè)置有至少兩個排油口。
進(jìn)一步地，所述實驗管道出口與所述油水分離裝置進(jìn)口之間設(shè)置有氣、液和油、水預(yù)分離裝置。
進(jìn)一步地，所述氣、液預(yù)分離裝置為多級管道式分離裝置，由水平液箱和垂直管構(gòu)成，水平液箱兩端分別與所述管道和油水分離裝置相接，兩根以上的垂直管間隔適當(dāng)距離沿水平液箱長度方向固定并分別與水平液箱相連通，垂直管上端與一根管道連通，該管道另一端通過所述第一級分離器上端設(shè)置的開放口插入該分離器適當(dāng)深度。
進(jìn)一步地，所述輸出油泵出口接有電磁流量計，所述輸出水泵出口接有腰輪流量計。
進(jìn)一步地，所述氣源由空氣壓縮機(jī)及氣體過濾器構(gòu)成。
進(jìn)一步地，所述實驗管道包括水平段、垂直段，其中垂直段包括低于水平段和高于水平段兩部分。
進(jìn)一步地，所述油水混合裝置和所述油氣混合裝置均為三通管道接頭。
進(jìn)一步地，所述油水混合裝置和所述油氣混合裝置均為射流泵。
進(jìn)一步地，所述控制裝置中通過變頻器控制所述水泵和油泵的工作。
進(jìn)一步地，所述實驗管道由透明材料制成。
利用本發(fā)明模擬裝置既可以模擬不同比例的油、氣、水在自然狀態(tài)下混合后的流動狀態(tài)，還可以模擬流體在垂直狀態(tài)和水平狀態(tài)的流動狀態(tài)，同時所使用的水和油均循環(huán)工作，因而為科研人員的研究工作提供了便利的實驗條件。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中A向局部示意圖；圖3為圖1中D向及其與油水分離裝置展開后的連接示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，水箱1出口接輸出水泵2及電磁流量計3，油箱17出口接輸出油泵16和腰輪流量計15，空氣壓縮機(jī)18出口接空氣過濾器19和氣體質(zhì)量流量控制器20，腰輪流量計15出口、氣體質(zhì)量流量控制器20出口分別與第一射流泵4進(jìn)口相接，第一射流泵4出口、電磁流量計3出口分別與第二射流泵4進(jìn)口相接，第二射流泵4的出口與實驗管道5相連，實驗管道5支撐在支架6上。管道5出口經(jīng)氣、液和油、水預(yù)分離器后接入第一級油水分離器13，氣、液分離器由水平液箱9和其上設(shè)置的三根垂直管24、25、26(見圖3)構(gòu)成，垂直管24、25、26的上端通過管道8引入第一級油水分離器13，第一級油水分離器13經(jīng)管道12預(yù)第二級油水分離器10相連，第二級油水分離器10上的排油口經(jīng)輸入油泵7接入油箱17，兩級油水分離器上的排水口分別通過輸入水泵14接入水箱1。
如圖2所示，實驗管道5帶有垂直段和水平段53，垂直段包括高于水平段部分51和低于水平段部分52兩部分。
如圖3所示，氣、液預(yù)分離器中的水平液箱9支撐在支架6上，三根垂直管24、25、26間隔適當(dāng)距離設(shè)置，管道8出口伸入第一級油水分離器13適當(dāng)深度，第一級油水分離器13經(jīng)管道12與第二級油水分離器10相連，第二級油水分離器10上設(shè)置有與管道12入口相配的擋板11。第二級油水分離器10上在不同高度處設(shè)置有兩個排油口21、22，兩級油水分離器上的排水口23均設(shè)置其下部。
工作時，控制裝置(圖中未示出)分別控制水泵2、油泵16、氣體質(zhì)量流量控制器20工作，當(dāng)需要模擬油、水兩相混合狀態(tài)時，啟動水泵2和油泵16，當(dāng)需要模擬油、氣、水三相混合狀態(tài)時，則同時啟動水泵2、油泵16、氣體質(zhì)量流量控制器20。油、氣在第一射流泵4中自然混合，從第一射流泵4輸出的油、氣混合液與水在第二射流泵4中混合，并最終被輸入實驗管道5內(nèi)?；旌弦捍┻^實驗管道5后進(jìn)入氣、液和油、水預(yù)分離器，當(dāng)混合液中含有氣體時，氣體首先在預(yù)分離器中從垂直管24、25、26中被分離析出，并從管道8出口排出，同時被氣體帶出的液體流入第一級分離器13內(nèi)，通過調(diào)整水平液箱9上的垂直管的數(shù)量，可使決大部分的氣體從預(yù)分離器中排出，以免其隨油水混合液一同進(jìn)入第一級油水分離器，而影響油水的順利分離，當(dāng)混合液中沒有氣體時，油、水可在氣、液和油、水預(yù)分離器中進(jìn)行預(yù)分離，一部分油可從預(yù)分離器中進(jìn)入油水分離器。當(dāng)兩級油水分離器中的油和水累積到一定量后，通過控制器啟動油泵7和水泵14將分離后的油、水分別排入油箱17和水箱1中。圖中箭頭B未液體流動方向，箭頭C為氣體排出方向。
工作時，控制裝置分別通過變頻器改變油泵16和水泵2的工作參數(shù)，同時調(diào)整氣體質(zhì)量流量控制器20的工作狀態(tài)，以達(dá)到調(diào)整油、氣、水在混合液中比例的目的。
權(quán)利要求
1.一種分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，其特征在于，包括水箱、油箱、氣源、油水分離裝置、實驗管道及其支架、油氣混合裝置、油水混合裝置、控制裝置，水箱上接有輸出水泵和輸入水泵，其中輸出水泵出口與油水混合裝置進(jìn)口相連，油箱上接有輸出油泵和輸入油泵，輸出油泵出口與油氣混合裝置進(jìn)口相連，氣源通過氣體質(zhì)量流量控制器與油氣混合裝置進(jìn)口相連，油氣混合裝置出口與油水混合裝置進(jìn)口相連，油水混合裝置出口接實驗管道進(jìn)口，實驗管道出口與油水分離裝置進(jìn)口相接，油水分離裝置上分別沒置有油、水、氣排出口，其中排油口、排水口各自經(jīng)輸入油泵、輸入水泵與油箱、水箱相連，控制裝置控制水泵、油泵、氣體質(zhì)量流量控制器的工作。
2.如權(quán)利要求1所述的分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，其特征在于，所述油水分離裝置由至少兩級重力油水分離器構(gòu)成，該重力油水分離器為垂直設(shè)置的筒狀，其上端帶有開放口，每級分離器下方均設(shè)置有排水口，所有排水口集中后經(jīng)所述輸入水泵與所述水箱相連或各自單獨經(jīng)輸入水泵后與水箱相連，所述排油口設(shè)置在最后一級分離器上。
3.如權(quán)利要求2所述的分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，其特征在于，所述油水分離裝置中下一級分離器在與上一級分離器相接的輸入口處設(shè)置有導(dǎo)流板。
4.如權(quán)利要求3所述的分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，其特征在于，所述分離器上在不同高度位置設(shè)置有至少兩個排油口。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，其特征在于，所述實驗管道出口與所述油水分離裝置進(jìn)口之間設(shè)置有氣、液和油、水預(yù)分離裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，其特征在于，所述氣、液和油、水預(yù)分離裝置為多級管道式分離裝置，由水平液箱和垂直管構(gòu)成，水平液箱兩端分別與所述管道和油水分離裝置相接，兩根以上的垂直管間隔適當(dāng)距離沿水平液箱長度方向固定并分別與水平液箱相連通，垂直管上端與一根管道連通，該管道另一端通過所述第一級分離器上端設(shè)置的開放口插入該分離器適當(dāng)深度。
7.如權(quán)利要求6所述的分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，其特征在于，所述輸出油泵出口接有電磁流量計，所述輸出水泵出口接有腰輪流量計。
8.如權(quán)利要求7所述的分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，其特征在于，所述氣源由空氣壓縮機(jī)及氣體過濾器構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求8所述的分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，其特征在于，所述實驗管道包括水平段、垂直段，其中垂直段包括低于水平段和高于水平段兩部分。
10.如權(quán)利要求9所述的分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，其特征在于，所述油水混合裝置和所述油氣混合裝置均為三通管道接頭。
11.如權(quán)利要求10所述的分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，其特征在于，所述油水混合裝置和所述油氣混合裝置均為射流泵。
12.如權(quán)利要求10所述的分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，其特征在于，所述控制裝置中通過變頻器控制所述水泵和油泵的工作。
13.如權(quán)利要求9所述的分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，所述實驗管道由透明材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分相混合循環(huán)式油氣水多相流模擬實驗裝置，包括水箱、油箱、氣源、油水分離裝置、實驗管道及其支架、油氣混合裝置、油水混合裝置、控制裝置，水箱通過輸出水泵與油水混合裝置相連，油箱、氣源分別通過輸出油泵和氣體質(zhì)量流量控制器與油氣混合裝置相連，油氣混合裝置與油水混合裝置相連，油水混合裝置接實驗管道進(jìn)口，實驗管道出口與油水分離裝置相接，油水分離裝置分別通過排油口、排水口、油泵、水泵與油箱、水箱相連。利用本裝置既可以模擬不同比例的油、氣、水在自然狀態(tài)下混合后的流動狀態(tài)，還可以模擬流體在垂直狀態(tài)和水平狀態(tài)的流動狀態(tài)，同時所使用的水和油均循環(huán)工作，因而為科研人員的研究工作提供了便利的實驗條件。
文檔編號G09B23/00GK1584948SQ20041004600
公開日2005年2月23日 申請日期2004年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月31日
發(fā)明者李東暉, 吳應(yīng)湘, 鄭之初, 麻潤海, 袁茂竹 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所