KR102136292B1 - Slug and plug flow type classification method of two-phase flow - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a slug and plug flow form classification method of two-phase flow which can easily and accurately classify a flow form. The slug and plug flow form classification method of two-phase flow comprises: a step of measuring a flow direction velocity of two-phase flow fluid in which gas and liquid are mixed in a horizontal pipe by an ultrasonic measurement device; a step of classifying as layer flow and slug or plug flow through a single-cycle local maximum velocity measured from the flow direction velocity of the two-phase flow fluid, a maximum velocity ratio calculated by a mixed velocity obtained by summing superficial velocities of gas and liquid, and a maximum velocity difference ratio calculated by a maximum velocity within an entire area of one cycle measured from the flow direction velocity of the two-phase flow fluid, the single-cycle local maximum velocity, and the mixed velocity obtained by summing the superficial velocities of gas and liquid; and a step of classifying whether the flow form of the two-phase flow fluid classified through the maximum velocity ratio and the maximum velocity difference is slug flow or plug flow through a slip velocity ratio calculated by a velocity of a liquid slug body and a velocity of a liquid bubble area if the flow form of the two-phase flow fluid is slug flow or plug flow.

Description

이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법{Slug and plug flow type classification method of two-phase flow}Slug and plug flow type classification method of two-phase flow}

본 발명은, 수평 파이프 내의 기체와 액체가 혼합된 이상유동 유체의 유동형태를 분류하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for classifying a flow pattern of an ideal flow fluid in which a gas and a liquid in a horizontal pipe are mixed.

일반적으로, 이상유동(Two-phase flow) 유체란 액체와 기체가 혼합된 유체를 말한다.Generally, a two-phase flow fluid refers to a fluid in which a liquid and a gas are mixed.

특히, 석유나 천연가스와 같은 에너지 자원의 생산 및 처리 공정시 이들 자원은 파이프를 통해 원거리 또는 근거리로 운송된다. 액체(예컨대 석유 또는 물) 및 기체(예컨대 공기 또는 천연가스 등)가 파이프를 통해 동시에 흐를 때, 주어진 조건에 따라 액체 점유율과 압력구배가 달라지게 되는데, 액체 점유율과 압력구배의 정확한 예측은 에너지 자원의 생산량 예측 및 생산 최적화에 중요한 요소이므로 이를 정확히 예측할 필요가 있다.In particular, during the production and processing of energy resources such as oil and natural gas, these resources are transported over long distances or short distances through pipes. When liquids (such as petroleum or water) and gases (such as air or natural gas) flow simultaneously through pipes, the liquid occupancy and pressure gradients vary depending on the given conditions. Accurate prediction of liquid occupancy and pressure gradients is an energy resource. It is an important factor in predicting production and optimizing production, so it is necessary to accurately predict it.

이를 위해 종래부터 운동량 평형에 기반한 모델 및 에너지 평형에 기반한 모델이 각각 연구되고 있다. 운동량 평형에 기반한 모델들은 다상(Multiphase) 유동 해석시 기체 운동량과 액체 운동량을 결합한 결합운동량(Combined momentum) 방정식을 사용하였으며, 이 식은 다수의 실험에 기반한 경험식들을 사용하므로 불확실성을 내포하고 있다.To this end, conventionally, models based on momentum balance and models based on energy balance have been studied. Models based on momentum equilibrium use a combined momentum equation that combines gas momentum and liquid momentum in a multiphase flow analysis, which implies uncertainty because it uses empirical formulas based on multiple experiments.

그러나, 에너지 평형에 기반한 다상 유동 해석은 예컨대 아누프 샤르마(Anoop sharma)의 논문("Modeling of oil-water flow using energy minimization concept", International Journal of Multiphase Flow 2011; 37(4):326~335) 등에 개시되었지만, 액체-액체 유동을 에너지 관점에서 해석한 것이고 해의 도출 과정에서 결합 운동량 방정식을 사용함으로써 순수하게 에너지만을 고려하지 못하여 기존 방법들의 결과에서 벗어나지 못하는 문제점이 있다.However, multiphase flow analysis based on energy equilibrium is described, for example, in Anoop sharma's paper ("Modeling of oil-water flow using energy minimization concept", International Journal of Multiphase Flow 2011; 37(4):326-335). Although disclosed in the above, the liquid-liquid flow is analyzed from the energy point of view, and by using the combined momentum equation in the process of deriving the solution, there is a problem that it cannot escape from the results of the existing methods because only pure energy is not considered.

본 발명은, 이상유동 유체의 속도정보만을 기반으로 유동형태를 쉽고 정확하게 분류할 수 있게 하는 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method for classifying a flow type of a slug and a plug of an abnormal flow that enables easy and accurate classification of the flow type based on only the velocity information of the abnormal flow fluid.

본 발명은, 초음파 측정장치로 수평 파이프 내 기체와 액체가 혼합된 이상유동 유체의 흐름방향 속도를 측정하는 단계, 이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기 국부 최대속도, 기체와 액체의 공탑속도를 합한 혼합속도에 의해 산출되는 최대 속도비 및, 이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기의 전체 구역 내 최대속도, 한 주기의 국부 최대속도, 기체와 액체의 공탑속도를 합한 혼합속도에 의해 산출되는 최대속도 차이비를 통해 층상 유동과 슬러그 또는 플러그 유동으로 구분하는 단계를 구분하는 단계, 상기 최대속도비 및 최대속도 차이를 통해 구분된 이상유동 유체의 유동형태가 슬러그 유동 또는 플러그 유동인 경우, 액체 상 슬러그 바디의 속도 및, 액체 상 버블 영역의 속도에 의해 산출되는 미끄럼 속도비를 통해 슬러그 유동인지 플러그 유동인지 구분하는 단계를 포함하는 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법을 제공한다.The present invention, the step of measuring the flow direction velocity of the ideal flow fluid mixed with gas and liquid in a horizontal pipe with an ultrasonic measuring device, a period of the local maximum velocity measured from the flow direction velocity of the ideal flow fluid, gas and liquid tower The maximum velocity ratio calculated by the combined velocity of the velocity and the maximum velocity in the entire region of one cycle, the maximum local velocity of one cycle, and the combined velocity of the gas and liquid, measured from the flow direction velocity of the ideal flow fluid. A step of classifying the step of dividing into a laminar flow and a slug or a plug flow through a maximum velocity difference ratio calculated by the flow velocity of the abnormal flow fluid divided through the maximum velocity ratio and the maximum velocity difference is a slug flow or a plug flow. In the case, the method provides a method for classifying the flow of the slug and the plug of the ideal flow, including the step of distinguishing whether the flow is a slug or a plug through a sliding velocity ratio calculated by the velocity of the liquid phase slug body and the velocity of the liquid phase bubble region .

또한, 상기 초음파 측정장치는, 상기 수평 파이프의 내측 또는 외측에 프로브가 배치되는 초음파 변환기, 상기 초음파 변환기와 연결하며, 초음파 변환기에서 측정된 초음파 신호를 통해 이상유동 유체의 흐름방향 속도를 산출하는 초음파 도플러 유속계를 포함할 수 있다.In addition, the ultrasonic measuring device is connected to the ultrasonic transducer, the ultrasonic transducer, the probe is disposed on the inside or outside of the horizontal pipe, the ultrasonic wave to calculate the flow direction velocity of the abnormal flow fluid through the ultrasonic signal measured by the ultrasonic transducer And a Doppler tachometer.

또한, 상기 최대 속도비(Rmax)는, Rmax=Umax/Umix에 의해 산출되며, 상기 최대속도 차이비(Rdiff)는, Rdiff=(Umaxg-Umaxi)/Umix에 의해 산출되고, 여기서, Umax는 이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기의 국부 최대속도이고, Umix는 기체와 액체의 한 주기의 국부 공탑속도를 합한 혼합속도이며, Umaxg는 이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기의 전체 구역 내 최대속도, Umaxi는 이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기의 국부 최대속도일 수 있다.In addition, the maximum speed ratio (R max ) is calculated by R max =U max /U mix , and the maximum speed difference ratio (R diff ) is in R diff =(U maxg -U maxi )/U mix . Calculated by, where U max is the local maximum velocity of one cycle measured from the flow direction velocity of the ideal flow fluid, U mix is the mixing velocity of the local air tower velocity of one cycle of gas and liquid, and U maxg is ideal The maximum velocity in the entire region of one cycle measured from the flow direction velocity of the flow fluid, U maxi may be the local maximum velocity of one period measured from the flow direction velocity of the ideal flow fluid.

또한, 상기 최대 속도비가 0.95 이하일 경우 층상 유동이며, 최대 속도비가 1.05 이상인 경우 플러그 또는 슬러그 유동이고, 상기 최대 속도비가 0.95와 1.05 사이일 경우에는, 최대속도 차이비가 0.05 초과할 경우 층상 유동이며, 최대속도 차이비가 0.05 이하일 경우 플러그 또는 슬러그 유동일 수 있다.In addition, when the maximum velocity ratio is 0.95 or less, it is laminar flow, when the maximum velocity ratio is 1.05 or more, it is a plug or slug flow, and when the maximum velocity ratio is between 0.95 and 1.05, when the maximum velocity difference ratio exceeds 0.05, it is laminar flow, maximum If the speed difference ratio is 0.05 or less, it may be a plug or slug flow.

또한, 상기 미끄럼 속도비(ω)는, ω=ULb/ULs에 의해 산출되고, 여기서, ULs는 액체 상 슬러그 바디의 속도이며, ULb는 액체 상 버블 영역의 속도일 수 있다.Further, the sliding speed ratio ω is calculated by ω=U Lb /U Ls , where U Ls is the velocity of the liquid phase slug body, and U Lb can be the velocity of the liquid phase bubble region.

또한, 상기 미끄럼 속도비가 상수일 경우 슬러그 유동이고, 상기 미끄럼 속도비가 변수일 경우 플러그 유동일 수 있다.In addition, when the sliding speed ratio is constant, it may be a slug flow, and when the sliding speed ratio is variable, it may be a plug flow.

본 발명에 따른 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법은, 초음파 측정장치로부터 측정된 이상유동 유체의 흐름방향 속도를 기반으로 최대속도비 및 최대속도 차이비를 도출하여, 수평 파이프 내에서 이동하는 이상유동 유체에 대해 층상 유동과 플러그 또는 슬러그 유동 형태를 먼저 분류하고, 슬러그 바디와 버블 영역의 속도로부터 산출되는 미끄럼 속도비를 통해 최종적으로 플러그 유동인지 슬러그 유동인지를 쉽고 정확하게 분류할 수 있게 한다.The method of classifying the flow type of the slug and plug of the abnormal flow according to the present invention derives the maximum speed ratio and the maximum speed difference ratio based on the flow direction velocity of the abnormal flow fluid measured from the ultrasonic measuring device, and moves in the horizontal pipe. Laminar flow and plug or slug flow types are first classified for the ideal flow fluid, and it is possible to easily and accurately classify whether the plug flow or the slug flow is finally achieved through a sliding velocity ratio calculated from the velocity of the slug body and the bubble region.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 S110단계 및 S120단계를 통한 층상 유동과 플러그 및 슬러그 유동을 구분하는 흐름도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 S100단계시 사용되는 초음파 측정장치의 개략 설치상태도이다.1 is a flow chart showing a method for classifying the flow type of a slug and a plug of an abnormal flow according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flow chart for distinguishing between laminar flow and plug and slug flow through steps S110 and S120 shown in FIG. 1.
3 is a schematic installation state diagram of the ultrasonic measuring device used in step S100 shown in FIG. 1.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법을 나타낸 순서도이며, 도 2는 도 1에 나타낸 S110단계를 통한 층상 유동과 플러그 및 슬러그 유동을 구분하는 흐름도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법을 설명하면, 먼저, 초음파 측정장치(100)에서 이상유동 유체의 흐름방향 속도를 측정한다(S100). 즉, 초음파 측정장치(100)는 수평 파이프(10) 내부로 유입된 후 이동하는 기체와 액체가 혼합된 이상유동 유체의 흐름방향 속도를 측정하게 된다. 이렇게, 측정된 이상유동 유체의 흐름방향 속도를 통해 이상유동 유체의 유동형태를 분류할 수 있게 한다. 여기서, 수평 파이프(10) 내부로 유입되는 기체는 수평 파이프(10)의 입구 부분 상부로 공급되고, 수평 파이프(10) 내부로 유입되는 액체는 수평 파이프(10)의 입구 부분 하부를 통해 각각 별도로 공급이 이루어지게 된다.1 is a flowchart illustrating a method for classifying a flow type of a slug and a plug of an abnormal flow according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart for distinguishing a layered flow and a plug and a slug flow through step S110 shown in FIG. 1. Referring to FIGS. 1 and 2, a method for classifying a flow type of a slug and a plug of an abnormal flow according to an embodiment will be described first. First, the flow velocity of the abnormal flow fluid in the ultrasonic measuring apparatus 100 is measured (S100). . That is, the ultrasonic measuring device 100 measures the flow direction velocity of the abnormal flow fluid in which the gas and liquid moving after flowing into the horizontal pipe 10 are mixed. In this way, it is possible to classify the flow form of the ideal flow fluid through the measured flow velocity of the ideal flow fluid. Here, the gas flowing into the horizontal pipe 10 is supplied to the upper portion of the inlet of the horizontal pipe 10, and the liquid flowing into the horizontal pipe 10 separately through the lower portion of the inlet portion of the horizontal pipe 10 Supply is made.

도 3을 참조하면, 상기 초음파 측정장치(100)는, 초음파 변환기(110)와, 초음파 도플러 유속계(120)를 포함한다. 이러한, 초음파 변환기(110)는 신호 분석기(도면미도시)와 프로브(도면미도시)를 구비할 수 있다. 이때, 프로브는 수평 파이프(10) 내측 또는 외측에 배치할 수 있는데, 수평 파이프(10) 내측에 배치시에는 이상유동 유체의 흐름방향과 평행하게 위치시킨 상태에서 기체 영향과 수평 파이프(10) 내측 바닥면으로부터 반사를 피하기 위해 수평 파이프(10)의 내측 바닥면으로부터 9mm 높이 상에 위치되게 하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3, the ultrasonic measuring apparatus 100 includes an ultrasonic transducer 110 and an ultrasonic Doppler tachometer 120. The ultrasonic transducer 110 may include a signal analyzer (not shown) and a probe (not shown). At this time, the probe may be disposed inside or outside the horizontal pipe 10. When placed inside the horizontal pipe 10, the gas influence and the inside of the horizontal pipe 10 in a state positioned parallel to the flow direction of the abnormal flow fluid It is desirable to be positioned on a height of 9 mm from the inner bottom surface of the horizontal pipe 10 to avoid reflection from the bottom surface.

상기 초음파 도플러 유속계(120)는 초음파 변환기(110)와 연결하여, 초음파 변환기(110)에서 측정된 초음파 신호를 통해 이상유동 유체의 수평 파이프(10) 내 흐름방향 속도를 산출한다.The ultrasonic Doppler flowmeter 120 is connected to the ultrasonic transducer 110 to calculate the flow direction velocity in the horizontal pipe 10 of the abnormal flow fluid through the ultrasonic signal measured by the ultrasonic transducer 110.

이같이, 상기 초음파 측정장치(100)를 통한 이상유동 유체의 흐름방향 속도를 측정시, 정확도에 대한 검증을 위해 높일 수 있도록 고속카메라시스템(130)을 통한 질적 시각화 자료를 얻을 수도 있다. 이때, 초음파 측정장치(100) 및 고속카메라시스템(130)은 모두 펄스 생성기(140)에 의해 트리거되어 결과를 동시에 얻을 수 있다. 여기서, 도면부호 150은 각각 고속카메라시스템(130)에서 입력되는 영상신호를 통해 이상유동 유체의 속도를 산출하는 컴퓨터이며, 도면부호 151은 초음파 도플러 유속계(120)를 통해 산출된 이상유동 유체의 속도를 통해 이후 설명될 최대 속도비 및 최대속도 차이비를 계산하는 컴퓨터이다.As described above, when measuring the flow direction velocity of the abnormal flow fluid through the ultrasonic measuring device 100, it is possible to obtain qualitative visualization data through the high-speed camera system 130 so as to increase it for verification of accuracy. At this time, both the ultrasonic measuring device 100 and the high-speed camera system 130 may be triggered by the pulse generator 140 to obtain results simultaneously. Here, reference numeral 150 is a computer that calculates the velocity of the abnormal flow fluid through an image signal input from the high-speed camera system 130, and reference numeral 151 is the velocity of the abnormal flow fluid calculated through the ultrasonic Doppler flowmeter 120. It is a computer that calculates the maximum speed ratio and the maximum speed difference ratio to be described later through.

이러한, 상기 수평 파이프(10) 내 이상유동 유체의 흐름방향 속도를 측정한 후에는, 측정된 값을 통해 이상유동 유체의 유동형태, 즉 이상유동 유체가 층상 유동과 플러그(Plug) 유동 또는 슬러그(Slug) 유동인지를 구분하게 된다(S110). 이러한, 이상유동 유체의 유동형태는 이상유동 유체의 흐름방향 속도에 의해 산출되는 최대속도비와 최대속도 차이비를 통해 산출할 수 있다. 이때, 상기 수평 파이프(10) 내 이상유동 유체의 흐름방향 속도는 수평 파이프(10)의 출구 부분에 인접한 위치에서 측정이 이루어질 수 있다.After measuring the flow direction velocity of the abnormal flow fluid in the horizontal pipe 10, the flow form of the abnormal flow fluid, that is, the abnormal flow fluid, is a laminar flow and a plug flow or slug ( Slug) It is to distinguish whether it is flow (S110). The flow form of the ideal flow fluid may be calculated through a maximum speed ratio and a maximum speed difference ratio calculated by the flow direction velocity of the ideal flow fluid. At this time, the flow direction velocity of the abnormal flow fluid in the horizontal pipe 10 may be measured at a position adjacent to the outlet portion of the horizontal pipe 10.

여기서, 상기 최대 속도비(Rmax)와 최대속도 차이비(Rdiff)는 하기의 식에 의해 산출한다.Here, the maximum speed ratio (R max ) and the maximum speed difference ratio (R diff ) are calculated by the following equation.

Rmax=Umax/Umix R max =U max /U mix

Rdiff=(Umaxg-Umaxi)/Umix R diff =(U maxg -U maxi )/U mix

여기서, Umax는 이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기의 국부 최대속도이고, Umix는 기체와 액체의 한 주기의 국부 공탑속도를 합한 혼합속도이며, Umaxg는 이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기의 전체 구역 내 최대속도이고, Umaxi는 이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기의 국부 최대속도이다.Here, U max is the local maximum velocity of one cycle measured from the flow direction velocity of the ideal flow fluid, U mix is the combined velocity of the local idle velocity of one cycle of gas and liquid, and U maxg is the flow of the abnormal flow fluid The maximum velocity in the entire area of a cycle measured from the directional velocity, and U maxi is the local maximum velocity of one period measured from the flow velocity of the ideal flow fluid.

이때, 상기 최대 속도비(Rmax)가 0.95 이하일 경우 수평 파이프(10) 내 이상유동 유체의 유동형태는 층상 유동이며, 최대 속도비(Rmax)가 1.05 이상인 경우 수평 파이프(10) 내 이상유동 유체의 유동형태는 플러그 또는 슬러그 유동일 수 있다.At this time, when the maximum speed ratio (R max ) is 0.95 or less, the flow form of the abnormal flow fluid in the horizontal pipe (10) is a layered flow, and when the maximum speed ratio (R max ) is 1.05 or more, the abnormal flow in the horizontal pipe (10) The flow form of the fluid may be a plug or slug flow.

만약, 상기 최대 속도비(Rmax)가 0.95와 1.05 사이일 경우에는, 최대속도 차이비(Rdiff)를 통해 이상유동 유체의 유동형태를 분류할 수 있는데, 최대속도 차이비(Rdiff)가 0.05 초과할 경우 수평 파이프(10) 내 이상유동 유체의 유동형태는 층상 유동이며, 최대속도 차이비(Rdiff)가 0.05 이하일 경우 수평 파이프(10) 내 이상유동 유체의 유동형태는 플러그 또는 슬러그 유동형태일 수 있다.If, in the case where the between the maximum speed ratio (R max) of 0.95 and 1.05, which are classified to flow in the form of two-phase flow fluid through a maximum speed difference ratio (R diff), the maximum speed difference ratio (R diff) When it exceeds 0.05, the flow form of the abnormal flow fluid in the horizontal pipe 10 is a layered flow, and when the maximum speed difference ratio (R diff ) is 0.05 or less, the flow form of the abnormal flow fluid in the horizontal pipe 10 is a plug or a slug flow. It can be in the form.

이같이, 수평 파이프(10) 내 이상유동 유체의 유동형태가 플러그 또는 슬러그 유동형태인 경우, 슬러그 유동인지 플러그 유동인지 구분한다(S120). 액체 상 슬러그 바디의 속도와, 액체 상 버블 영역의 속도에 의해 산출되는 미끄럼 속도비를 통해 구분할 수 있다.As described above, when the flow form of the abnormal flow fluid in the horizontal pipe 10 is a plug or a slug flow form, it is classified whether it is a slug flow or a plug flow (S120). It can be distinguished by the velocity of the liquid phase slug body and the sliding velocity ratio calculated by the velocity of the liquid phase bubble region.

여기서, 상기 미끄럼 속도비(ω)는 하기의 식에 의해 산출한다.Here, the sliding speed ratio ω is calculated by the following equation.

ω=ULb/ULs ω=U Lb /U Ls

여기서, ULs는 액체 상 슬러그 바디의 속도이며, ULb는 액체 상 버블 영역의 속도이다.Here, U Ls is the velocity of the liquid phase slug body, and U Lb is the velocity of the liquid phase bubble region.

이때, 액체 상 슬러그 바디의 속도(ULs) 및 액체 상 버블 영역의 속도(ULb)는 각각 하기의 식에 의해 산출할 수 있다.At this time, the velocity of the liquid phase slug body U Ls and the velocity of the liquid phase bubble region U Lb may be calculated by the following equation.

ULb=1-(Ss-1)αGs,U Lb =1-(S s -1)α Gs ,

ULs=1-(Sb-1)αGb,U Ls =1-(S b -1)α Gb ,

여기서, Ss는 슬러그 바디의 이상 사이 슬립비이며, Sb는 버블 영역의 이상 사이 슬립비이고, αGs는 슬러그 바디의 보이드 분율이며, αGb는 버블 영역의 보이드 분율이다.Here, S s is the slip ratio between the abnormalities of the slug body, S b is the slip ratio between the abnormalities of the bubble region, α Gs is the void fraction of the slug body, and α Gb is the void fraction of the bubble region.

이같이, 상기 미끄럼 속도비(ω)가 상수일 경우 슬러그 유동이고, 미끄럼 속도비가 변수일 경우 플러그 유동일 수 있다.As such, when the sliding speed ratio ω is constant, it may be a slug flow, and when the sliding speed ratio is variable, it may be a plug flow.

이와 같이, 일 실시예에 따른 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법은, 초음파 측정장치(100)로부터 측정된 이상유동 유체의 흐름방향 속도를 기반으로 최대속도비 및 최대속도 차이비를 도출하여, 수평 파이프(10) 내에서 이동하는 이상유동 유체에 대해 층상 유동과 플러그 또는 슬러그 유동 형태를 먼저 분류하고, 슬러그 바디와 버블 영역의 속도로부터 산출되는 미끄럼 속도비를 통해 최종적으로 플러그 유동인지 슬러그 유동인지를 쉽고 정확하게 분류할 수 있게 한다.As described above, the method for classifying the flow shape of the slug and plug of the abnormal flow according to an embodiment derives the maximum velocity ratio and the maximum velocity difference ratio based on the flow direction velocity of the abnormal flow fluid measured from the ultrasonic measuring device 100. , The laminar flow and the plug or slug flow type are first classified for the abnormal flow fluid moving in the horizontal pipe 10, and finally the plug flow or the slug flow through the sliding velocity ratio calculated from the velocity of the slug body and the bubble region. It enables easy and accurate classification of cognition.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (6)

초음파 측정장치로 수평 파이프 내 기체와 액체가 혼합된 이상유동 유체의 흐름방향 속도를 측정하는 단계와;
이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기 국부 최대속도, 기체와 액체의 공탑속도를 합한 혼합속도에 의해 산출되는 최대 속도비 및, 이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기의 전체 구역 내 최대속도, 한 주기의 국부 최대속도, 기체와 액체의 공탑속도를 합한 혼합속도에 의해 산출되는 최대속도 차이비를 통해 층상 유동과 슬러그 또는 플러그 유동으로 구분하는 단계를 구분하는 단계; 및
상기 최대속도비 및 최대속도 차이를 통해 구분된 이상유동 유체의 유동형태가 슬러그 유동 또는 플러그 유동인 경우, 액체 상 슬러그 바디의 속도 및, 액체 상 버블 영역의 속도에 의해 산출되는 미끄럼 속도비를 통해 슬러그 유동인지 플러그 유동인지 구분하는 단계;를 포함하는 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법.Measuring a flow direction velocity of an ideal flow fluid in which a gas and a liquid in a horizontal pipe are mixed with an ultrasonic measuring device;
One cycle measured from the flow direction velocity of the ideal flow fluid, the maximum velocity ratio calculated by the combined velocity of the local and maximum velocity of the gas and liquid, and the entire region of one cycle measured from the flow direction velocity of the abnormal flow fluid Separating the steps of dividing into a laminar flow and a slug or plug flow through a ratio of the maximum velocity calculated by the mixing velocity of the maximum velocity, the local maximum velocity of one cycle, and the gas-liquid mixing velocity; And
When the flow form of the abnormal flow fluid divided through the maximum speed ratio and the maximum speed difference is a slug flow or a plug flow, the slug is produced through a sliding velocity ratio calculated by the velocity of the liquid phase slug body and the velocity of the liquid phase bubble region. A step of distinguishing whether it is a flow or a plug flow. 청구항 1에 있어서,
상기 초음파 측정장치는,
상기 수평 파이프의 내측 또는 외측에 프로브가 배치되는 초음파 변환기와,
상기 초음파 변환기와 연결하며, 초음파 변환기에서 측정된 초음파 신호를 통해 이상유동 유체의 흐름방향 속도를 산출하는 초음파 도플러 유속계를 포함하는 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법.The method according to claim 1,
The ultrasonic measuring device,
An ultrasonic transducer in which a probe is disposed inside or outside the horizontal pipe,
A method for classifying a flow type of a slug and a plug of an abnormal flow, which is connected to the ultrasonic transducer and includes an ultrasonic Doppler tachometer that calculates the flow direction velocity of the abnormal flow fluid through an ultrasonic signal measured by the ultrasonic transducer. 청구항 1에 있어서,
상기 최대 속도비(Rmax)는, Rmax=Umax/Umix에 의해 산출되며,
상기 최대속도 차이비(Rdiff)는, Rdiff=(Umaxg-Umaxi)/Umix에 의해 산출되고,
여기서, Umax는 이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기의 국부 최대속도이고, Umix는 기체와 액체의 한 주기의 국부 공탑속도를 합한 혼합속도이며, Umaxg는 이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기의 전체 구역 내 최대속도, Umaxi는 이상유동 유체의 흐름방향 속도로부터 측정된 한 주기의 국부 최대속도인 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법.The method according to claim 1,
The maximum speed ratio (R max ) is calculated by R max =U max /U mix ,
The maximum speed difference ratio (R diff ) is calculated by R diff =(U maxg -U maxi )/U mix ,
Here, U max is the local maximum velocity of one cycle measured from the flow direction velocity of the ideal flow fluid, U mix is the combined velocity of the local idle velocity of one cycle of gas and liquid, and U maxg is the flow of the abnormal flow fluid The maximum velocity in the entire area of one cycle measured from the directional velocity, U maxi is the local maximum velocity of one cycle measured from the flow direction velocity of the abnormal flow fluid, and the method of classifying the flow pattern of the slug and plug of the abnormal flow. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 최대 속도비가 0.95 이하일 경우 층상 유동이며, 최대 속도비가 1.05 이상인 경우 플러그 또는 슬러그 유동이고,
상기 최대 속도비가 0.95와 1.05 사이일 경우에는, 최대속도 차이비가 0.05 초과할 경우 층상 유동이며, 최대속도 차이비가 0.05 이하일 경우 플러그 또는 슬러그 유동인 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법.The method according to claim 1 or claim 3,
When the maximum velocity ratio is 0.95 or less, it is a laminar flow, and when the maximum velocity ratio is 1.05 or more, it is a plug or slug flow,
When the maximum speed ratio is between 0.95 and 1.05, when the maximum speed difference ratio exceeds 0.05, it is a laminar flow, and when the maximum speed difference ratio is 0.05 or less, the method of classifying the flow and slug of the abnormal flow, which is a plug or slug flow. 청구항 1에 있어서,
상기 미끄럼 속도비(ω)는, ω=ULb/ULs에 의해 산출되고,
여기서, ULs는 액체 상 슬러그 바디의 속도이며, ULb는 액체 상 버블 영역의 속도인 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법.The method according to claim 1,
The sliding speed ratio ω is calculated by ω=U Lb /U Ls ,
Here, U Ls is the velocity of the liquid phase slug body, and U Lb is the velocity of the liquid phase bubble region. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
상기 미끄럼 속도비가 상수일 경우 슬러그 유동이고,
상기 미끄럼 속도비가 변수일 경우 플러그 유동인 이상유동의 슬러그 및 플러그 유동형태 분류방법.
The method according to claim 1 or claim 5,
When the sliding speed ratio is constant, it is a slug flow,
When the sliding speed ratio is variable, the method of classifying the flow of slugs and plugs of abnormal flow which is a plug flow.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013029423A (en) * 2011-07-28 2013-02-07 Toshiba Corp Flow velocity and grain size measurement method, and system therefor
KR101472706B1 (en) * 2014-03-07 2014-12-15 서울대학교산학협력단 Method and apparatus for modeling multiphase annular flow in a pipe

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