近日，我院海洋结构物设计与评估团队在多相垂直段塞流流体力学方向取得关键进展，相关研究成果Multiphase Vertical Slug Flow Hydrodynamics with Hydrate Phase Transition (具有水合物相变的多相垂直段塞流流体力学)发表于《Journal of Ocean University of China》期刊。《Journal of Ocean University of China》是海洋科学与技术领域领域的国际权威期刊，在2025年中科院分区中位于SCI二区行列。论文第一作者为王阳阳副教授，通讯作者为娄敏教授，中国石油大学（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位，该研究得到了国家自然科学基金-青年科学基金项目、青岛市自然科学基金和自主创新科研计划项目（理工科）-领军人才培育基金的联合资助。
图1 论文首页
由于垂直管道内流体的压力和温度梯度变化很大，水合物在多相流超过临界点后发生分解，导致水合物颗粒分解为气体和水，而当前垂直管内水合物相变与段塞流流型的耦合模型尚未建立。针对上述研究现状，本研究建立了考虑水合物相变动力学和传热传质行为的气液固垂直段塞流多相流体动力学模型，为了评价垂直段塞流特性，还引入了随压力和温度变化而变化的气体物性。利用该模型进行了一系列数值模拟，以考察水合物相变与垂直段塞流流体动力学之间的相互作用。
图2 段塞流单元格示意图
本项研究还预测了不同压力和温度条件下的水合物体积分数。结果表明，水合物的形成和气体的膨胀导致了混合物的表观速度，气液两相分数、液塞中的含气率和单位长度都有减小的趋势。出口压力的增加导致水合物生成速率的增加，这不仅增加了沿管的水合物体积分数，而且使水合物的相变临界点上移。
图3 入口温度对水合物相变的影响
该研究建立了具有水合物相变的三相段塞流模型，这是首次在垂直段塞流模型中显式考虑水合物的情况，探索了水合物的形成和分解如何持续影响垂直段塞流的行为规律，讨论了垂直管内水合物相变与段塞流流体动力学之间的相互作用
论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11802-025-5670-0
