随着海上、沙漠和边际油田的开发,油气混输管路应用日益广泛。受到腐蚀、第三方破坏等影响的油气管道一旦发生泄漏,将造成严重的环境污染。当前的管道泄漏研究多局限于单相流体,而多相流相流型复杂、流动状态非常不稳定,在泄漏过程中将发生相分离,导致泄漏介质气液比例与主管有很大差异。本文通过实验研究与仿真模拟探讨气液两相流在管道孔口处的相分离现象,研究不同参数下气液两相流体流经孔口的相分离规律。主要完成研究工作如下:自主设计了气液两相流孔口泄漏实验装置开展相分离实验,孔口直径分别2.5mm和3.5mm,孔口位置为0°、45°、90°、135°以及180°,气相折算速度的范围为8.64-20.73m/s,液相折算速度的范围为0.052-0.173m/s,实验流型覆盖分层流、段塞流以及环状流等常见流型。测量了上游主流体和泄漏的气、液流量以及相关的压力、压差信号,并利用高速摄像仪对孔口处的相分离现象进行动态记录。分析相分离现象可知,角度变化对分层流及段塞流在孔口处的相分离影响更为明显,对环状流影响较小。气液两相流在孔口处的相分离规律主要受到流型、流速、小孔位置、大小以及压差的影响。本文采用气、液相分流系数对相分离特征进行表征,分析各参数对相分离的影响:孔口的直径由2.5mm变为3.5mm对相分离特性的变化规律影响较小。但是气相分流比受到的影响大于液相分流比,相分离程度加剧且孔口角度大于45°时分层流与段塞流的相分离程度大于环状流,气相分流比与孔口角度的大小呈正相关、液相分流比与孔口角度的大小呈负相关。气相分流比更容易受到压差的影响,随着压差的增大,液相分流比基本不变,而气相分流比与压差正相关。角度的增加会使压差对液相分流比的影响减弱,对气相分流比的影响增强。提取32组孔口内外压差信号对2.5mm的孔口泄漏压差波动特性进行分析研究,得出孔口内外压差波动程度随气液相折算速度的增加而减小。在0°、90°以及180°时的压差波动过程满足高斯正态分布。在同一角度下,段塞流与环状流的孔口内外压差波动范围大于分层流。建立了三维管道泄漏几何模型,采用VOF模型进行了模拟并对实验现象、规律进行验证,数值模拟结果表明,气速减小将导致液相影响区域增加,但变化不明显,而液速增加将大大增加液相影响区域的面积。本文研究揭示了气液流速、流型、孔口位置、孔口尺寸对两相流泄漏特性的影响,为认识孔口泄漏相分离特性、气液泄漏污染评价与控制以及气液两相流泄漏定位研究奠定了基础。