一种多功能成品油湍流减阻流动PIV环道实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及管内湍流减阻流动评价领域，公开一种多功能成品油湍流减阻流动的PIV环道实验装置及方法。该装置由氮气吹扫系统、湍流循环测试系统、添加剂定量注入系统、PIV成像及测试系统、测试流体回收及取样系统组成。其方法原理是通过测量加剂前后恒定流量条件下的管内压差ΔP0，ΔP

【技术实现步骤摘要】
一种多功能成品油湍流减阻流动PIV环道实验装置及方法


[0001]本专利技术涉及管内湍流减阻流动评价领域，具体涉及一种多功能成品油湍流减阻流动的PIV环道实验装置及方法。

技术介绍

[0002]湍流属于多尺度不规则的复杂流动现象，流体在强烈的湍流扰动作用下会产生大量的能量耗散。为降低成品油输送过程中的湍流能量耗散，通常在管道中添加极少量的高分子聚合物减阻剂。然而，由于湍流结构复杂和湍流减阻受制因素多，添加剂湍流减阻机理尚不十分清楚。因此，专利技术一种小型管道实验装置以准确评价添加剂湍流减阻效率、全面描述减阻流的湍流结构对成品油长距离管道输送的减阻预测、节能减耗、经济运行具有重要意义。
[0003]目前，现有的管内湍流减阻的实验评价主要通过测试添加剂注入前后管内压差的变化，从而定量表征添加剂的减阻效率。然而，针对成品油管内流动的湍流减阻评价装置存在以下几点问题：
[0004](1)流态界定模糊。成品油相比水黏度更大，在小型管道实验装置中要实现完全发展的湍流流态相比水需更高的压差或者流速，因此，现有的小型管道实验评价装置能实现对水溶液的湍流减阻流动评价，但对油却不行。而已有的针对油溶液设计的减阻评价环道装置未对管径、管长、实验压力等参数的范围进行明确标定，能否实现完全发展的湍流流态，压差测试是否规避了流态的发展过渡段，这些问题都会直接导致实验测得的添加剂减阻效率产生较大误差。
[0005](2)缺乏减阻的微观评价。基于压差测试原理只能从宏观的角度测量得到添加剂湍流减阻的产生效果，却不能得到减阻流中的湍流结构和添加剂对湍流的微观作用机制，从而成为了添加剂湍流减阻机理研究的实验瓶颈。
[0006](3)减阻影响因素考虑欠缺。添加剂湍流减阻受制因素多，且各因素之间互相影响，例如，不同管径下相同流速相同添加剂产生的减阻效率也会不同。因此，通过小型环道湍流减阻评价装置预测实际工程中的湍流减阻效率，需要综合考虑管径、管材、流速、聚合物浓度、聚合物类型、聚合物分子量等参数。
[0007]由此可见，要实现管内宏观的压差和微观的湍流结构实验测试，规避发展过渡段，综合测试各减阻影响因素，亟需专利技术一种准确、简便的多功能湍流减阻流动的PIV环道实验装置，该装置对于管内湍流减阻流动评价、减阻机理研究、减阻工程应用具有重要意义。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种多功能成品油湍流减阻流动PIV环道实验装置，对成品油管内湍流减阻流动的压差和湍流结构进行测试，从而实现添加剂对成品油管内湍流流动的减阻性能评价及湍流减阻流动结构观测。
[0009]本专利技术的一种多功能成品油湍流减阻流动PIV环道实验装置，如图1所示，包括以
下五个系统。
[0010]氮气吹扫系统
[0011]湍流循环测试系统；
[0012]添加剂定量注入系统；
[0013]PIV成像及测试系统；
[0014]测试流体回收及取样系统；
[0015]所述氮气吹扫系统包括40L氮气瓶(9)、减压阀(10)、单向阀(11)、(15
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5)、压力表(17
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1)、(17
‑
2)、(17
‑
3)、闸阀(21)、(22)、放空口(12)和吹扫环道，见图1所示。其中40L氮气瓶(9)内部压力为12.5MPa，出口采用不锈钢管套件连接，减压阀(10)与单向阀(11)并联后一端接入氮气瓶出口另一端与闸阀(21)连接，单向阀(15
‑
5)安装于不锈钢管接入实验环道之前，其中不锈钢管与实验环道采用焊接方式相连，管道沿线安装压力表(17
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1)、压力表(17
‑
2)、压力表(17
‑
3)用以氮气吹扫时压力监测，单向阀(15
‑
5)出口处接入向下放空管段及闸阀(22)，通过调节闸阀(22)的开度从而实现二次压力控制。
[0016]所述湍流循环测试系统包括200L钢制储油罐(7#)、离心泵(14
‑
1)及配套可调转速电机，单向阀(15
‑
1)、(15
‑
2)、(15
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5)，温度计(16
‑
1)、(16
‑
2)，涡轮流量计(13)、闸阀(19)、(20)、(23)、(24)，压力表(17
‑
1)、(17
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2)、(17
‑
3)以及并联式有机玻璃透明测试管段组，其中并联式有机玻璃透明测试管段在距离心泵(14
‑
1)出口大于10m处并联接入循环管段，其目的是保证流体在实验环道之前能够充分发展成湍流状态。有机玻璃透明测试管段组包括测试管段(1#)为内径15mm，内壁面无处理，管段前后安装压力表(1
‑
1)、(1
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2)及闸阀(1
‑
a)、(1
‑
b)；测试管段(2#)为内径30mm，内壁面无处理，管段前后安装压力表(2
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1)、(2
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2)及闸阀(2
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a)、(2
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b)；测试管段(3#)为内径50mm，内壁面无处理，管段前后安装压力表(3
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1)、(3
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2)及闸阀(3
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a)、(3
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b)，测试管段(4#)为内径50mm，内壁面采用纳米氧化钨、TiO2为原材料的透明涂层以15m2/kg喷涂标准进行预加工，管段前后安装压力表(4
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1)、(4
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2)及闸阀(4
‑
a)、(4
‑
b)；测试管段(5#)为内径50mm，内壁面刷涂采用纳米氧化钨、TiO2为原材料的透明涂层以10m2/kg刷涂标准进行预加工，管段前后安装压力表(5
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1)、(5
‑
2)及闸阀(5
‑
a)、(5
‑
b)。并联式有机玻璃透明测试管段组可通过某一管段前后阀门的同时开(关)选择相应测试管段，从而实现不同管径和不同壁面粗糙度对添加剂湍流减阻效率的影响评价。
[0017]所述添加剂定量注入系统包括10ml玻璃量筒(8#)、Q/HDWXQ001
‑
2001型号柱塞泵(14
‑
2)、单向阀(15
‑
3)、(15
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4)、闸阀(25)以及实验环道，其中柱塞泵(14
‑
2)可实现流速范围为0～80ml/min，压力范围为0～8MPa，能较好的实现循环管道中微量添加剂的注入。
[0018]所述PIV成像及测试系统由两台脉冲激光器及光路系统(27)、高速照相机(26)、示踪粒子、同步控制器(28)和装有PIV系统软件的计算机(29)组成，见图2所示。实验时，需预先在实验环道内加入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能成品油湍流减阻流动PIV环道实验装置，其特征在于，所述装置由氮气吹扫系统、湍流循环测试系统、添加剂定量注入系统、PIV成像及测试系统、测试流体回收及取样系统组成；所述氮气吹扫系统直接与实验环道相连，用于清扫管内杂质及测试流体的残留物；所述湍流循环测试系统用于循环测试成品油湍流减阻流动；所述添加剂定量注入系统直接与实验环道相连，用于添加剂的定量注入；所述PIV成像及测试系统置于透明测试管段外，用于测试流场信息和拍摄流场图像；所述测试流体回收及取样系统直接与实验环道相连，用于测试流体的回收和取样。2.如权利要求1所述的一种多功能成品油湍流减阻流动PIV环道实验装置，其特征在于，所述氮气吹扫系统包括40L氮气瓶(9)、减压阀(10)、单向阀(11)、(15
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5)、压力表(17
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1)、(17
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2)、(17
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3)、闸阀(21)、(22)、放空口(12)和吹扫实验环道；所述40L氮气瓶(9)内部压力为12.5MPa，出口采用不锈钢管套件连接；所述减压阀(10)与单向阀(11)并联后一端接入氮气瓶出口，另一端与所述闸阀(21)连接；所述单向阀(15
‑
5)安装于不锈钢管接入实验环道之前，所述不锈钢管与实验环道采用焊接方式相连；所述压力表(17
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1)、(17
‑
2)、(17
‑
3)分别安装于流体出口处、并联管道入口处、流体回流处；所述单向阀(15
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5)出口处接入向下放空管段及所述闸阀(22)。3.如权利要求1所述的一种多功能成品油湍流减阻流动PIV环道实验装置，其特征在于，所述湍流循环测试系统包括200L钢制储油罐(7#)、离心泵(14
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1)及配套可调转速电机，单向阀(15
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1)、(15
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2)、(15
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5)，温度计(16
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1)、(16
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2)，涡轮流量计(13)、闸阀(19)、(20)、(23)、(24)，压力表(17
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1)、(17
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2)、(17
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3)以及并联式有机玻璃透明测试管段...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈阳，肖欢，李长俊，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：