Mikä on rengasmainen virtaus?

Rengasmainen virtaus on neste- ja kaasuvirtausmenetelmä putkistossa, jossa kevyemmän molekyylipainon materiaali virtaa putken keskikohtaa pitkin ja raskaampi molekyylipainoinen materiaali muodostaa ohuen kalvon, joka virtaa putken seinämää pitkin. Sitä nähdään usein öljyteollisuudessa, jossa virtausnopeudet ovat suuret ja voi esiintyä sekä vaaka- että pystysuorassa putkessa. Kevyempi massaneste tai kaasu voi olla myös sumun tai kolloidisen suspension muodossa, joka tunnetaan emulsiona. Virtaavien materiaalien välinen rajapinta ei ehkä ole tarkka, ja siihen voi liittyä kaasu- ja nesteseoksia.

Rengasmaisen virtauksen vaihtelut luokitellaan aaltovirtaukseksi, jossa esiintyy epäsäännöllisyyksiä, tai pyöreään rengasmaiseen virtaukseen. Pyöreässä rengasmaisessa virtauksessa, kun virtausnopeutta lisätään, kaasukuplien kolloidinen suspensio ytimessä kasvaa ja johtaa pallojen leviämiseen viileiksi juoviksi ja paakkuiksi. On olemassa myös useita muita virtausjärjestelmiä, mukaan lukien kupla-, etana- ja kierteitysvirtaus pystysuorassa putkessa sekä kerrostunut ja kerrostunut-aaltoileva vaakasuorassa putkessa.

Rengasmaisten virtausnopeuksien laskeminen voi olla vaikeaa, koska yhtälöt vaativat tarkan mittauksen putkilinjan sisähalkaisijasta. Tämä vaihtelee, koska rengasmaisessa virtauksessa on virtausraja, joka muuttaa putken sisäosan tehollista halkaisijaa. Tarkkoja arvoja on vaikea löytää käytetyn laskentamenetelmän mukaan.

Rengasmaisen virtauksen määrittämiseen käytetään yleisesti kahta yhtälösarjaa. Ensimmäinen tunnetaan nimellä kostutettu kehävirtaus, jossa putken tehollinen halkaisija on jaettu sisä- ja ulkovirtausalueiden neliötuotteella. Kostutetut kehälaskelmat eivät ole ihanteellisia, koska ne perustuvat kokonaan sisävirtaukseen, joka vähennetään ulkovirtauksesta ilman virtausalueita. Petroleum Engineering -menetelmässä käytetään monimutkaisempaa menetelmää sisä- ja ulkovirtausten vertaamiseen, ja sen tiedetään tuottavan virtausnopeustuloksia, jotka ovat noin 40% korkeammat kuin kostutetun kehän menetelmä. Petroleum Engineering -yhtälöt näyttävät heijastavan todellista mitattua virtausnopeutta paremmin kuin kostutetun kehän menetelmä, mutta kostutettu menetelmä on akateemisen tekniikan standardi.

Kitkakertoimet on myös otettava huomioon rengasmaisessa virtauksessa. Putken ulkopinnan käyttäminen kitkan arvioimiseksi on yksi menetelmä. Myös keskimääräisen kitkan luominen painotettuihin tietoihin perustuu, ja molemmat katsotaan laillisiksi lähestymistavoiksi.
Putkikaasun ja nesteen virtauksessa on myös useita vaiheita, joissa tapahtuu siirtymiä erityyppisten virtausjärjestelmien välillä. Siirtymät voivat sisältää siirtymiä rengasmaisesta pyöreään rengasmaiseen ja tulppa rengasmaiseen virtaukseen pystysuorassa putkessa. Vaakasuorassa putkessa yleisiä siirtymiä virtausmalleissa ovat etana rengasmaiseen siirtymiseen. Näillä, samoin kuin monilla muilla virtaustiloilla ja siirtymillä, on kaikilla ainutlaatuiset matemaattiset mallit putken nykyisen virtausnopeuden laskemiseksi.