環状流とは

環状流は、より軽い分子量の物質がパイプの中心を流れ、より重い分子量の物質がパイプ壁に沿って流れる薄膜を形成するパイプライン内の液体および気体の流れの方法です。 流量が高い石油産業でよく見られ、水平および垂直パイプの両方で発生する可能性があります。 より軽い質量の流体または気体は、エマルジョンとして知られるミストまたはコロイド懸濁液の形でもあり得る。 流れる物質間の界面は正確ではない場合があり、気体と液体の混合物が含まれることがあります。

環状流の変動は、不規則性が生じる波状流、またはかすかな環状流に分類されます。 かすかな環状流では、流量が増加すると、コア内のガス球のコロイド懸濁液が増加し、球状がかすかな縞と塊に広がります。 垂直パイプ内のバブル、スラッグ、およびチャーンフロー、水平パイプ内の成層および成層波状を含む、他のタイプのフローレジメンもいくつか存在します。

方程式ではパイプラインの内径を正確に測定する必要があるため、環状流量の計算は難しい場合があります。 これは、環状流の内部に流れのない境界があり、パイプ内部の有効直径が変化するためです。 使用する計算方法によっては、正確な値を得ることが困難です。

環状流を決定するために、一般に2つのシリーズの方程式が使用されます。 1つ目はWetted Perimeter flowと呼ばれ、パイプの有効直径が内側と外側の流れ面積の平方積で除算されます。 濡れた境界の計算は、非フロー領域を考慮せずに、内部フローが外部フローから差し引かれていることに完全に基づいているため、理想的ではありません。 石油工学の方法は、内部と外部の流れを比較するより複雑な方法を使用し、接液境界法よりも約40％高い流量結果を生成することが知られています。 石油工学の方程式は、実際の測定流量をWetted Perimeterメソッドよりもよく反映しているようですが、Wettedメソッドはアカデミックエンジニアリングで使用される標準です。

環状流では摩擦係数も考慮する必要があります。 パイプの外面を使用して摩擦を推定することは1つの方法です。 加重データに基づいて平均摩擦を作成することも行われ、どちらも正当なアプローチと見なされます。

また、パイプ内の気液流にはさまざまな段階があり、さまざまなタイプのフローレジメン間で遷移が発生します。 遷移には、環状パイプからうっすらした環状へのシフト、および垂直パイプ内のプラグから環状フローへのシフトが含まれます。 水平パイプでは、フロースキームの一般的な移行には、スラグから環状への移行が含まれます。 これら、および他の多くのタイプのフロー状態と遷移には、パイプ内の現在の流量が実際に何であるかを計算するためのユニークな数学モデルがあります。