气液混输用液驱压缩机流动特性模拟研究

任永苍; 李亚军; 曾胜; 谭川江; 李鑫; 常泽亮; 黄家伟

doi:10.12473/CPM.202507007

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气液混输用液驱压缩机流动特性模拟研究

油气田开发工程 | 更新时间：2026-11-04

- 气液混输用液驱压缩机流动特性模拟研究
- Numerical Simulation Study on Flow Behaviors of Hydraulic-Driven Compressors for Gas-Liquid Mixed Transportation
- 石油机械 2026年54卷第10期页码：118-125
- 作者机构：
  
  1.中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司
  2.中国石油天然气集团有限公司超深层复杂油气藏勘探开发技术研发中心
  3.新疆超深油气重点实验室
  4.中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司
- 作者简介：
  
  任永苍，高级工程师，生于1972年，1994年毕业于西安石油学院采油工程专业，现从事油气田地面工艺技术和新能源专业方向的研究工作。地址：（841000）新疆库尔勒市。电话：（0996）2176596。email：renymx-tlm@petrochina.com.cn。
  曾胜，工程师。 email： zengcnpc@163.com。
- 基金信息：
  
  中国石油塔里木油田分公司科学研究与技术开发项目“地面设备与管道腐蚀防护及检验检测技术研究”之子课题“液压往复混输增压设备关键技术研究试验”(T202436.01.01.01);中国石油集团济柴动力有限公司重点研发项目“气液混输用液驱压缩机研究与应用”(FG61024K2)
- DOI：10.12473/CPM.202507007
  中图分类号： TE977
- 收稿：2025-07-02，
  
  修回：2026-07-25，
  
  录用：2025-10-10，
  
  纸质出版：2026-10-25
- 稿件说明：
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任永苍，李亚军，曾胜，等.气液混输用液驱压缩机流动特性模拟研究［J］.石油机械，2026，54（10）：118-125.

Ren Yongcang，Li Yajun，Zeng Sheng，et al.Numerical simulation study on flow behaviors of hydraulic-driven compressors for gas-liquid mixed transportation［J］.China Petroleum Machinery，2026，54（10）：118-125.
任永苍，李亚军，曾胜，等.气液混输用液驱压缩机流动特性模拟研究［J］.石油机械，2026，54（10）：118-125. DOI： 10.12473/CPM.202507007.

Ren Yongcang，Li Yajun，Zeng Sheng，et al.Numerical simulation study on flow behaviors of hydraulic-driven compressors for gas-liquid mixed transportation［J］.China Petroleum Machinery，2026，54（10）：118-125. DOI： 10.12473/CPM.202507007.

摘要

现有研究对压缩机吸排气过程涉及高液相体积分数的气液混输特性鲜有研究，动态工况下气液相互作用对压力波动、质量流率及排气性能的影响缺乏系统性研究。为此，通过CFD数值模拟方法，使用UDF及动网格技术，建立液驱压缩机往复运动数值模型，开展了不同压比、液相体积分数、换向频次下液驱柱塞压缩机气缸内部气液流场特性研究。研究结果表明：吸排气过程中，液体总是沉积在下部，排气过程首先是液体排出，然后气液再一同排出；随着压比增大，排气过程压力波动变得更加剧烈，吸气过程气液流量同时降低，压缩终了温度持续升高，当压比为6.0时，压缩终了温度达到170 ℃；随着液相体积分数的增加，压缩过程时间更短，排气过程占据更大的行程，气体流量及压缩终了温度都降低；压缩终了温度取决于气液交互强度和时间，随着换向频次增大，压缩终了温度先升高后降低，在较高的换向频次下，吸排气过程压力波动非常剧烈，系统呈现明显的不稳定性。基于仿真结果，明确了气液混输过程中压缩缸内两相流动的流场特性，可为液驱压缩机在油气混输工程应用给出指导建议。

Abstract

Existing studies have rarely addressed the gas-liquid mixed transportation characteristics of compressors involving high liquid volume fractions during suction and exhaust processes， and there is a lack of systematic research on the effects of gas-liquid interaction on pressure fluctuation， mass flow rate， and exhaust performance under dynamic operating conditions. In this paper， a numerical model of the reciprocating motion of a hydraulic-driven compressor was established using the computational fluid dynamics （CFD） simulation method and the user-defined function （UDF） and dynamic mesh technologies. The characteristics of gas-liquid flow field inside the cylinder of a hydraulic-driven plunger compressor were investigated under different pressure ratios， liquid volume fractions， and switching frequencies. The results indicate that during the suction and exhaust processes， liquid always deposits in the lower part. The exhaust process begins with the discharge of liquid， followed by the simultaneous discharge of gas and liquid. As the pressure ratio increases， the pressure fluctuation during the exhaust process becomes more severe， while the gas-liquid flow rate during the suction process decreases simultaneously， and the compression-end temperature continues to rise， reaching 170 ℃ at a pressure ratio of 6. As the liquid volume fraction increases， the compression process becomes shorter， the exhaust process occupies a larger stroke fraction， and both the gas flow rate and compression-end temperature decrease. The compression-end temperature depends on the intensity and duration of gas-liquid interaction. As the switching frequency increases， the compression-end temperature first increases and then decreases. At higher switching frequencies， pressure fluctuations during suction and exhaust become extremely violent， and the system exhibits significant instability. Based on the simulation results， the flow field characteristics of two-phase flow within the compression cylinder during gas-liquid mixed transportation are clarified， providing guidance for the engineering application of hydraulic-driven compressors in oil and gas mixed transportation.

关键词

Keywords

references

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