مقدمه ای بر جریان چند فازی در لوله کشی عمودی

جریان چند فازی بسیار آسان می گردد اگر دو فاز به صورت یک مخلوط همگن رفتار کنند، یعنی خواص این مخلوط یک مقدار میانگین متناسب با خواص منحصر به فرد هر فاز باشد. اگر چه آزمایشات نشان داده اند که اینچنین نیست و پدیده های بنیادی که در جریان های چند فازی ( نفت-گاز، آب-نفت و غیره ) عمودی رخ می دهند،بر اساس مفهوم لغزش و هلد آپ می باشند. این پدیده ها برای جریان های گاز-مایع که اختلاف دانسیته آنها زیاد است، بسیار مهم هستند:
(1) لغزش بیانگر توانایی جریان یافتن فاز دارای تراکم کمتر (سبک تر) با سرعت بیشتری نسبت به فاز متراکم تر (سنگین تر) است.
(2) هلدآپ یک نتیجه از لغزش است – کسر حجمی فاز متراکم تر که لوله را اشغال کرده است، بزرگتر از مقدار مورد انتظار (نسبی) آن در جریان ورودی و خروجی فازها خواهد بود – زیرا سرعت جریان فاز سنگین تر، کمتر از سرعت جریان فاز سبک تر است.
توجه: تجمع فاز متراکم تر در داخل لوله بیانگر پدیده تعادل است. به عنوان مثال نرخ جریان های ورودی و خروجی فاز منحصر به فرد جریان یافته در لوله، یکسان است.
برای درک بهتر این مفاهیم می توان از شکل 19 و روابط ریاضی که در زیر آمده است، کمک گرفت.
توجه: زیر نویس های G، L، O و W به ترتیب بیان گر فازهای گاز، مایع، نفت و آب هستند. q نشان دهنده شدت جریان حجمی فاز، V بیانگر سرعت و A_pمساحت سطح مقطع لوله می باشد.
سرعت های ظاهری فاز ها (V_SLو V_SG) توسط روابط زیر محاسبه می شوند:


A_Lو A_Gبه ترتیب نشان دهنده مساحت واقعی سطح مقطع لوله، اشغال شده توسط فازهای مایع و گاز می باشند.
A_Lو A_Gراتحت شرایط بدون لغزش می توان با استفاده از شدت جریان ورودی و خروجی فازها محاسبه کرد:

شرایط بدون لغزش را می توان توسط هلدآپ مایع (H_L) تعیین و به عنوان کسری از لوله که توسط مایع پر شده است، تعریف نمود: 


و هلدآپ بدون لغزش به صورت زیر تعریف می گردد:


_Lλبیانگر کسر حجمی ورودی مایع است.
رابطه بین تمامی متغیر ها در شکل 19 به تصویر کشیده شده است.
بنابراین اگر لغزش رخ دهد، سرعت لغزش V_Sتوسط رابطه زیر محاسبه می شود: