Кольцевой поток — это метод течения жидкости и газа в трубопроводе, при котором материал с более низкой молекулярной массой течет по центру трубы, а материал с более высокой молекулярной массой образует тонкую пленку, которая течет вдоль стенки трубы. Это часто наблюдается в нефтяной промышленности, где скорость потока высока, и может возникать как в горизонтальной, так и в вертикальной трубе. Жидкость или газ более легкой массы также могут быть в форме тумана или коллоидной суспензии, известной как эмульсия. Поверхность раздела между текущими материалами может быть неточной и может включать смеси газа и жидкости.
Изменения в кольцевом потоке классифицируются как волнообразный поток, при котором возникают неровности, или тонкий кольцевой поток. В тонком кольцевом течении по мере увеличения скорости потока коллоидная взвесь глобул газа в ядре увеличивается, что приводит к растеканию глобул в тонкие полосы и комки. Также существует несколько других типов режимов течения, в том числе пузырьковое, пробковое и вспенивающее течение в вертикальной трубе, а также расслоенное и слоисто-волновое течение в горизонтальной трубе.
Расчет кольцевого расхода может быть затруднен, так как уравнения требуют точного измерения внутреннего диаметра трубопровода. Это зависит от того, что кольцевой поток имеет внутри себя границу отсутствия потока, которая изменяет эффективный диаметр внутренней части трубы. Точные значения трудно получить в зависимости от используемого метода расчета.
Для определения кольцевого потока обычно используются две серии уравнений. Первый известен как поток со смачиваемым периметром, где эффективный диаметр трубы делится на квадрат произведения внутренней и внешней площадей потока. Расчеты смачиваемого периметра не идеальны, поскольку они полностью основаны на вычитании внутреннего потока из внешнего потока без учета области отсутствия потока. Метод нефтяной инженерии использует более сложный метод сравнения внутреннего и внешнего потока, и известно, что он дает результаты скорости потока, которые примерно на 40% выше, чем метод смачиваемого периметра. Уравнения нефтяной инженерии, по-видимому, отражают фактический измеренный расход лучше, чем метод смачиваемого периметра, однако метод смачиваемого периметра является стандартом, используемым в академической инженерии.
Факторы трения также должны быть учтены в кольцевом потоке. Одним из методов является использование внешней поверхности трубы для оценки трения. Также выполняется создание среднего коэффициента трения на основе взвешенных данных, и оба эти подхода считаются законными.
Существуют также различные стадии газожидкостного течения в трубе, где происходят переходы между различными типами режимов течения. Переходы могут включать в себя переход от кольцевого к тонкому кольцевому и от поршневого к кольцевому течению в вертикальной трубе. В горизонтальной трубе общие переходы в схемах течения включают переход от снаряда к кольцевому. Все они, а также многие другие типы состояний потока и переходов имеют уникальные математические модели для расчета фактического текущего расхода в трубе.
