氣液兩相流動是一種十分複雜的流動現象，系統內最重要的特徵是兩相結構及分布上的不均勻性與狀態的不穩定性和多值性，且各相間存在可變形相介面。相介面及其所引發的特徵與各相的物性、流量、流動引數、管道幾何形狀及幾何位置等諸多因素密切相關，給系統的深入研究帶來了很多困難。早期的大多數研究者只關心能否得到計算壓力降或推算熱流密度的實用關聯式，而不考慮管內流體的流動形態。
近二十年的研究工作表明，考慮不同的流型分布，理論**和計算能更準確地反映兩相流的流動本質，從而獲得更精確的結果。
相分布(即流型)是多相流流動特性以及傳熱特性研究的基礎，不同的流型具有其獨特的流動以及傳熱特性。管道中流型的變化往往引發流阻的改變、流動的穩定性、傳熱以及壓降等特性的變化。工程上的油氣混輸系統，由於受流量、介質物性、管道形式以及傾斜角度等因素影響，管道截面含氣率發生變化，導致管內出現各種流型。
工程上對許多多相流系統事故進行分析時，常常發現是由於流型的不明確造成誤算或誤操作。因此，對流型特性，尤其是段塞流特性，進行準確分析以及流型識別至關重要，這對選用流阻計算公式、穩定性判據、傳熱以及壓降計算公式都具有極為重要的實用意義。
氣液兩相流在各種流量組合下表現出不同的流型。每一種流型有其特定的兩相分布和介面形狀。當一種流型向另一種流型轉化時，氣液介面形狀發生了變化。
由於兩相流動的複雜性，兩相流動的機理至今沒有為人們所完全認識，因此流型的區分，流動狀態的描述以及流型的識別一直是兩相流研究的主題。上個世紀末，levy(1999) 的著作對各種管道傾角下的流型進行了總結，並且對現今兩相流研究的複雜性、其中存在的問題和各種研究學派的異同作了總結。對於水平氣液兩相流，根據mandhane etal.
(1974)；taitel和dukler(1976)；barnea1987)；petalas&aziz(1998))的實驗觀察，典型的流型包括(圖1)：
(1) 分散泡狀流 (dispersed-bubble flow)
當液相流量較高，在乙個很寬的流量範圍內，細小的氣泡分布於連續的液相中。由於浮力作用這些氣泡基本上集中在管道的上半部分。
(2) 延長泡狀流(elongated bubble flow)
在分散泡狀流的基礎上，隨著氣相表觀速度的增大，在氣液介面會掀起擾動的波浪，管道上部的小氣泡在介面波的作用下合併，並逐漸增大延長，發展成更大的氣泡，且在大氣泡尾部仍有許多小氣泡跟隨，這種流型為延長泡狀流。
(3) 分層流 (stratified flow)
當氣液兩相流量都較低時，重力作用引起氣液兩相分隔流動，即液相位於管道的下半部分，而氣相沿管道上半部分流動。氣液兩相介面是光滑的。如果氣速上公升，介面剪下應力增加，氣液介面變得如鵝卵石路面般的凹凸不平，進而出現波狀介面。
(4) 段塞流 (slug flow)
當氣相和液相的流量進一步增加，液層進一步公升高。氣液介面波逐漸密集，直至最終管道被液相堵塞。堵塞管道的液相部分稱為液塞，液塞被流速較快的氣流加速，衝擊管壁並且沿著流動方向從流速較慢的液層鏟起一部分液體。
段塞體單元包括液塞體和其末端的延長氣泡和氣泡下部的液層。這樣延長氣泡和液塞交替出現沿著管線向下游游動。
(5) 環狀流 (annular flow)
液相呈環膜狀沿管壁向前流動，高速氣流中心夾帶細小液滴。由於重力作用，液膜沿管壁周向分布不均勻，管道的下半部分的液膜要厚於上半部分。文獻中還報道了其他不同的流型。
增加新的流型定義是對流型的進一步細化並且能更加深入地反映流型的特徵。例如，圖1所示的波狀分層流(stratified-w**y flow)和波形環狀流(annular-w**y flow)體現了兩種基本流型氣液介面上存在的波動。類似地，塞狀流(plug flow)和半環狀流(semi-annular flow)就是用於描述流型轉換(泡狀流和段塞流的轉換、塞狀流和環狀流的轉換)時的中間流型。
這些流型可以視為特定流型的子流型。本文油氣兩相流實驗觀察到四種主要流型，即泡狀流(分散、延長)，段塞流，分層流(光滑、波狀)和環狀流。
圖1 水平氣液兩相流流型
各國學者還致力於對兩相流型分布和流型圖的研究。kosterin(1949)給出了第乙個流型判別圖。baker(1954)給出了一幅用於各種介質的水平管流型分布圖2，該圖曾在一段時間內獲得廣泛應用。
圖2 baker (1954)的水平氣液兩相流流型圖
其中，氣相質量通量gg= mg/ a kg/(m2·s)，液相質量通量gl= ml/ a kg/(m2·s)。
1）2）
水和空氣的物性常數為：σwater= 0.072 n/m， μwater= 0.001 pa·s，ρwater=1000 kg/m3，ρair= 1.23 kg/m3。
mandhane(1974)總結了管徑範圍為12.7~165.1 mm、實驗介質為油或水和空氣的水平管內兩相流流動實驗結果，對管道內流型以及流型轉換特徵及其影響因素進行了研究。
他發現在水平管道中，儘管管徑、介質物性存在較大差異，但仍具有相似的流型分布。mandhane的流型圖得到了廣泛應用(圖3)。
圖3 mandhane (1974)的水平氣液兩相流流型圖
taitel和dukler(1976)在mandhane流型圖的基礎上，進行理論分析，建立了流型轉換的關聯式，並用新的座標系統描述了流型間的轉換特徵，得到了水平管內兩相流流型分布的taitel和dukler流型圖(圖4)。
圖4 taitel和dukler (1976)的水平氣液兩相流流型圖
其中，3）
縱座標為：
4）橫座標為martinelli數：
5）weisman(1979)利用實驗研究了流體物性引數，液相粘度、表面張力以及氣相密度對流型分布特徵的影響，並對內徑分別為25mm和50mm的流型分布特性進行了研究，指出由於管徑不同，使得流型生成和發展所要求的氣、液兩相表觀速度存在較大差別(圖5)。
圖5 weisman (1979)的水平氣液兩相流流型圖
spedding和nguyen1980)對水平氣液兩相流型進行了更細緻的劃分，並將各種流型的特徵反映在流型圖上，他們以氣液兩相體積流量比和froude數作為流型圖的座標(圖6)。
mukherjee和brill(1985)對內徑為38.1mm的水平、垂直以及傾斜管道內油氣兩相流流型進行了分類，將流型劃分成泡狀流、彈狀流、層狀流以及環狀流，研究了流型和流型轉換，建立了流型轉換的關聯式，得到了各種工況下的流型圖。stanisl**和kokal等人(1986)特別對內徑為25.
8mm，傾角為0°(水平)、1°、5°和9°的傾斜管道內油氣兩相流間歇流的流型特徵進行了研究，發現不同傾角的流型圖是相似的，只是轉換的邊界出現偏移。wood(1989)對內徑為50mm的傾斜管道內氣水兩相流流型及其轉換進行了研究，發現傾角對管內流型轉變有著顯著的影響，並主要表現在層狀流向間歇流的轉變上，而其它流型的轉換邊界則受傾角影響較小。oddie和shi等人(2003)對內徑為150mm的水平、傾斜以及垂直管道內空氣水兩相流以及油氣水三相流流型及流型轉換進行了觀察，發現水平管和傾斜管內流動具有不同的流型分布。
圖6 spedding和nguyen(1980)的水平氣液兩相流流型圖
國內學者在水平油氣兩相流型特徵方面也做了有意義的工作。胡志華和周芳德等(2001)對內徑為30mm的水平管內空氣-輕質油兩相流的流型及其轉換進行了研究，繪製了流型轉換的邊界，採用量綱分析的方法建立了流型轉換關聯式。研究認為環狀流可以分別從層狀流和間歇流轉變而來，但是轉換機理不同。
王經(1994)採用非線性理論和混沌分析方法研究了氣液兩相流流動動態特性。王經教授(1993)採用空泡份額訊號的時間序列marple譜進行流型識別。賈志海(2004)採用動態聚類演算法對流型進行了辨識。
牛剛(2004)利用電容感測器對空泡份額檢測及其兩相流動特性進行了研究。
一些學者還對影響流型分布的因素進行了分析。lin和hanratty(1987)比較研究了內徑為25.4mm和95.
3mm的水平管道內空氣-水兩相流的流型分布特徵。指出在較低表觀氣速時管徑的改變對管內段塞流的生成影響很大，在高表觀氣速時段塞的形成則受管徑變化影響很小。此外，研究還認為管徑變化對層狀流向環狀流轉變以及段塞流向環狀流轉變也有較大的影響。
weisman(1979)實驗比較了管徑為25.4mm和50.8mm的水平管道內流體介質的物性引數，液相粘度、表面張力以及氣相密度等對流型的影響，認為液相粘度和氣相密度對管內流型分布都有著很大的影響，而表面張力對流型特徵的影響相對較小，並給出了流型轉變的關聯式。
andritsos和williams 等人(1989)針對內徑為25.2 mm水平管道內甘油水溶液和空氣兩相流動，研究了粘性對分層流向段塞流的轉變特性的影響，發現增加粘性使流型的結構發生明顯改變，分層流向段塞流轉換需要的液相速度明顯增大，此外，由層狀流向環狀流以及段塞流向環狀流轉換的需要的氣相表觀速度也隨之增加。nadler和mewes等人(1995)對內徑為59.
0 mm的水平管道內，液相粘度變化對白油-空氣兩相流流型影響進行了研究，並得到了和andritsos和williams等人[36]實驗相似的結論。furukawa和fukano(2001)則對內徑為19.2 mm的垂直管道內粘度對氣液兩相流的流型轉變機理進行了研究，認為液相粘度對彈狀流氣泡周圍的液膜以及環狀流的液膜結構有明顯的影響，液相粘度強烈的影響著管內的流型的分布結構，隨著液相粘度的增加，由泡狀流向彈狀流轉換需要的氣相表觀速度減小。
andritsos和hanratty利用甘油水溶液和空氣作為介質，研究了粘性對層狀流向段塞流轉換的影響，認為隨著液相粘度的增大，段塞流的穩定性增強。
表1 油氣兩相流研究概況一覽表
由此可見，受管徑、傾角以及流體物性引數等多種因素影響，管道內流型及其轉換特徵是極其複雜的。表1給出了國內外油氣兩相流流型研究的概況。
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