Écoulement gaz-liquide transitoire en conduite horizontale

Transient Gas-Liquid Flow in a Horizontal Pipe

Institut de mécanique des fluides

Résumé

Les phénomènes instationnaires en écoulements diphasiques se rencontrent dans beaucoup de situations pratiques et notamment en génie pétrolier pour le transport en conduite de mélanges de gaz et d'huile, et en génie nucléaire pour les problèmes liés à la sécurité des réacteurs. Jusqu'à aujourd'hui, la plupart des travaux à caractère théorique et expérimental ont porté sur l'étude des écoulements à phases séparées et à bulles. L'étude que nous présentons est principalement axée sur les phénomènes transitoires à basse fréquence que l'on rencontre dans les écoulements à poches et bouchons lorsque les conditions à l'entrée de la conduite varient. L'étude expérimentale a été menée dans une conduite de 90 m de long et de 5,3 cm de diamètre intérieur, alimentée avec de l'eau et de l'air dont les débits, de l'une ou l'autre phase, peuvent être soumis à des variations brusques. Une instrumentation appropriée permet d'accéder à la connaissance de la valeur instantanée du taux de gaz et de la pression, en 5 sections de mesure disposées le long de la conduite, ainsi que du débit liquide en sortie. Pour dégager les traits caractéristiques du régime transitoire, une moyenne d'ensemble sur un grand nombre d'échelons de débit (entre 100 et 200) s'est avérée nécessaire et particulièrement bien adaptée. La présentation des résultats de quelques essais types et les commentaires qu'ils suggèrent terminent l'exposé.

Abstract

Unsteady phenomena in two-phase flows occur in many practical situations related in particular to the transport of oil-gas mixtures in pipes and to the safety of nuclear reactors. Until now most research has been devoted to the study of separate-phase and bubbly flows from both the theoretical and experimental points of view. This study mainly focuses on the unsteady large-scale phenomena occurring in horizontal slug flows when the inlet conditions are changed. An experimental investigation was performed, in a 5. 3-cm ID pipe 90 m long, with air-water flows subjected to sudden variations in gas or liquid flow rates. The instantaneous values of the void fractions and the pressures in five test sections were obtained together with the liquid flow rate at the outlet. To characterize the transient-flow response, ensemble averages taken over more than 100 steps of flow rates were calculated for each run. Typical results are presented and discussed from the physical point of view.