在天然气的输送过程中,部分起伏的天然气管道由于压力与温度的变化产生凝析液,当管道输气量小于连续携液所需的临界流量时,管道积液会滞留在管内,严重腐蚀管道、影响天然气输量。相比于气井携液,针对倾斜管流动与携液机理的研究还不成熟。本文采用实验研究与数值模拟相结合的研究方法,对倾斜管路的携液机理和流动特性进行研究。为管道输送系统的参数设计与控制、临界携液流速的预测、管线的清管作业提供指导,做出合理的选择,对实现高效率安全输送天然气具有重要科学意义。主要内容如下:(1)设计制造并安装不同倾角的管路实验系统,通过该系统实验研究零液体流动(ZNLF)的两相流携液特性。全管路采用可视化的有机玻璃管,有利于高速摄像仪对积液流动的拍摄与捕捉。积液的流动图与电导探针、压力传感器所测量的持液率、压力,为模拟与管道携液的流动规律研究提供了重要的实验数据。(2)试验研究了管道的携液过程,发现了积液未被携出管道之前,积液会出现一个流动循环:波浪流-过渡流-环状流-波浪流,并在上倾管内来回窜动;得到了上倾角为55°对应积液最难被携出管道;在低液量管道(持液率小于0.5)中随着持液率的增大,爬坡速度越小的规律。(3)采用多相流模拟软件模拟了影响管道携液的相关因素,并模拟试验工况,实验与模拟结果相符。模拟结果显示:压力减小、管径减小、下倾角增大、气流量增大,都会使积液减小;反之,压力增大、管径增大、下倾角减小、气流量减小,都会引起积液增多。(4)对于积液被携出管道存在的不同流型,分析其界面形态的不均匀性,层流界面采用流体流动速度场方程,环状流界面采用上薄下厚的圆环界面,分别建立临界连续携液模型。采用实验数据对该模型进行验证分析,发现该模型的最大误差在11%以内。对研究成果进行汇总,进行软件的编程,实现对天然气管道压力、温度、是否积液的实时监控。