油气两相段塞流为海底油气混输管道中的一种常见流型,在油气田开发的过程中,低温海水与高温产出物之间的温差导致生产过程中存在若干安全隐患。因此正确掌握流体的流动与传热规律,对于预测管内温度分布,及时采取正确措施预防管道结蜡等流动问题有重要的工程意义。本文在可模拟海底低温环境的气液两相换热水平管路中,研究了不同冷却液温度下LP14白油-空气的流动与换热特性。对电容电极进行改进,利用互相关法进行了冷却条件下空气-油流动参数的测量,采用热电偶、热电阻等手段进行了冷却条件下传热参数的测量。分析了流动、传热参数特性及流动特性对传热特性的影响;此外,本文根据局部对流换热系数的特征与气相强化因子的作用,提出了一种适用于段塞流的对流换热系数预测模型,结果表明该模型可较为准确的预测冷却条件下的段塞流对流换热系数。通过以上研究表明,宽度20 mm,张角150°,厚度0.1 mm,同时加保护电极的电容电极具有最优的测量效果。随着粘度增大,空气-油的流型分界线向低表观流速的方向移动,流型对流动及传热参数的变化有较大影响。流体粘度越大,油气段塞流压降越大,液塞频率越大,液塞体内气泡携带量越大,从而导致液塞含气率增大。另外研究发现,油气段塞流对流换热系数随表观液速的增大显著增大,随表观气速的增大略有增大,油气段塞流对流换热系数约为100~700 W/m~2·k,气水段塞流对流换热系数约为1000~5000 W/m~2·k,油气对流换热系数远小于空气-水。段塞流对流换热系数随平均液塞速度的增大而增大,空气-油段塞流中气相加入对边界层的掺混作用远大于水。对管壁周向局部对流换热系数的分析表明,管底对流换热系数及增速远大于管顶位置,即气相强化作用主要体现在管底液膜区。对适用于油气段塞流的三种经验关联式进行了对比评估,结果表明关联式强烈依赖于对应实验条件,因此这些关联式都具有一定的局限性。基于局部对流换热系数特征及流动参数,考虑气相强化因子后建立的传热模型较为准确地预测了油气段塞流的对流换热系数。