7.1.1. Зависимость подачи жидкости от расхода газа

Качественную характеристику процесса движения газожидкостной смеси (ГЖС) в вертикальной трубе легче уяснить из следующего простого опыта (рис. 7.1). Представим, что трубка 1 длиною L погружена под уровень жидкости неограниченного водоема на глубину h. К нижнему открытому концу трубки, который по аналогии с промысловой терминологией будем называть башмаком, подведена другая трубка 2 для подачи с поверхности сжатого газа. На трубке имеется регулятор расхода 3, с помощью которого можно установить желаемый расход газа.

Рис. 7.1. Принципиальная схема газожидкостного подъемника

Давление у башмака подъемной трубки 1 будет равно гидростатическому на глубине h - P₁ = gh и, очевидно, не будет изменяться от того, много или мало газа подается к башмаку. По трубке 2 подается газ, и в трубке 1 создается газожидкостная смесь средней плотности с, которая поднимается на некоторую высоту H. Поскольку внутренняя полость трубки 1 и наружная область являются сообщающимися сосудами, имеющими на уровне башмака одинаковые давления, то можно написать равенство

откуда

. (7.1)

Плотность смеси в трубке с зависит от расхода газа V. Чем больше V, тем меньше с. Изменяя V, можно регулировать Н. При некотором расходе V = V₁ величина Н может достигнуть L. При V<V₁ H<L. При V>V₁ H>L и наступит перелив жидкости через верхний конец трубки 1. При дальнейшем увеличении V расход поступающей на поверхность жидкости q увеличится. Однако при непрерывном увеличении V расход жидкости не будет увеличиваться непрерывно, так как под воздействием неизменяющегося перепада давления Р = Р₁ - Р₂ (Р₁ = const, так как h = const), труба определенной длины L и диаметра d должна пропускать конечное количество жидкости, газа или газожидкостной смеси. Таким образом, при некотором расходе газа V=V₂ дебит достигнет максимума q = q max.

Можно представить другой крайний случай, когда к башмаку подъемной трубы подводится так много газа, что при постоянном перепаде давления Р = Р₁ - Р будет идти только газ, Р будет расходоваться на преодоление всех сопротивлений, вызванных движением по трубе чистого газа. Расход этого газа пусть будет V=V₃. Если к башмаку подать еще больший расход (V>V₃), то излишек газа не сможет пройти через подъемную трубу, так как ее пропускная способность при данных условиях (L, d, P) равна только V₃, и устремится мимо трубы, оттесняя от башмака жидкость. Очевидно, при этом расход жидкости будет равен нулю (q = 0). Таким образом, из этого опыта можно сделать следующий вывод.

1. При V<V₁ q = 0 (H < L).

2. При V = V₁ q = 0 (H = L) (начало подачи).

3. V₁ < V < V₂ 0 < q < qmax (H > L),

4. При V = V₂ q = qmax (точка максимальной подачи).

5. При V₂ < V < V ₃ qmax > q > 0.

6. При V = V₃ q = 0 (точка срыва подачи).

Обычно правая ветвь кривой q(V) (рис. 7.2) пологая, левая крутая.

Рис. 7.2. Зависимость подачи q газожидкостного подъемника от расхода газа V

Для всех точек кривой постоянным является давление P₁, так как погружение h в процессе опыта не изменялось. Существует понятие - относительное погружение  = h / L. Таким образом, для данной кривой ее параметром будет величина относительного погружения ε.