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Horizontal annular-mist flow of natural gas-water mixtures

Authors


Abstract

A survey of the literature having possible application to the annular-mist flow problem is presented.

The horizontal annular-mist flow of natural gaswater mixtures in one- and two-in. diameter, schedule 40 aluminum pipes was investigated. The input gasliquid volume ratios were varied between 10 and 100,000 for superficial gas velocities between 25 and 300 ft./sec. The mid-point pressure was held constant at 120 p.s.i.g. Some data for variable mid-point pressure and constant liquid and gas rates are also presented to show the effect of gas density.

The pressure drop data for constant mid-point density are presented as a function of the superficial velocities of the two phases. The same data are also presented in terms of the ratio of the two-phase pressure gradient to the single-phase gas pressure gradient. Possible mechanisms of the flow in the annular-mist region are discussed and the possibility of microscopic changes in flow pattern is indicated. A large effect of a small quantity of water was observed over the gas rates investigated. Higher water rates had much greater effect at low gas rates than at high gas rates. It is proposed that the high pressure drop is caused by the formation of a liquid film on the inside wall of the pipe. The thickness of this film decreases as the gas rate is increased until it reaches some minimum value. The breakup of this film was not indicated over the range of gas rates investigated.

The data are also interpreted in terms of a friction factor and Reynolds number based on the mixture properties.

The data are compared with the correlations of Lockhart and Martinelli, and Chenoweth and Martin.

Abstract

Les auteurs font une revue de la littérature qui peut ětre d'intérět dans le cas de l'écoulement anneaubrouillard. Ils ont étudié l'écoulement horizontal anneau-brouillard de mélanges de gaz naturel et d'eau, dans des tuyaux standards de 1' et 2' en aluminium. Les rapports, en volume, du gaz au liquide, à l'entrée, ont varié entre 10 et 100,000 pour des vitesses superficielles du gaz allant de 25 à 300 pieds par seconde. Ils ont maintenu la pression relative à la mi-longueur à une valeur constante de 120 lb/po2. Ils présentent également des résultats, pour une pression variable à la mi-longueur, à des taux constants de liquide et de gaz, afin de montrer l'effet de la densité du gaz.

I'our une densité constante à la mi-longueur on donne les pertes de charge en fonction des vitesses superficielles des deux phases. On présente aussi les měmes résultats en fonction du rapport de la perte de charge pour deux phases à la perte de charge pour la phase gazeuse seule. On discute des mécanismes possibles d'écoulement dans le régime anneau-brouillard et on indique la possibilité de changements microscopiques dans le mode d'écoulement. On a remarqué l'effet important de petites quantités d'eau aux taux de gaz utilisés. Les taux élevés d'eau ont un effet beaucoup plus marqué aux petites valeurs du taux gazeux qu'aux plus grandes. Les auteurs suggèrent la formation d'un film liquide à la paroi intérieure du tuyau comme explication possible de la perte de charge élevée. L'épaisseur de ce film décroǐt, quand le taux gazeux augmente, jusqu'à ce qu'elle atteigne une valeur minimum. On n'a pas observé la rupture de ce film aux taux gazeux utilisés.

On interprète également les résultats en fonction d'un facteur de friction et d'un nombre de Reynold défini à partir des propriétés du mélange. On compare les résultats aux corrélations de Lockhart et Martinelli et de Chenoweth et Martin.

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