离心泵气液两相流数值分析

为了研究离心泵气液两相流对于该泵扬程和效率的的影响,首先采用CFD中的Fluent6.3进行单相流数值模拟与试验结果对比,说明了数值模拟的可靠性;然后采用Mixture模型计算出在设计工况下,不同气相浓度、不同气相颗粒直径在内部流场的液相分布情况,模拟结果表明:增大气相浓浓度和气相颗粒直径都会导致扬程、效率下降,且增大气相浓度对扬程、效率的下降特别显著;     

填料层压降数学模型

根据质量和动量守恒原理 ,考虑下降液膜和气相的相互作用、系统内气液两相流动、物性特征以及填料结构参数对压降的影响 ,提出了填料塔内规整填料的压降模型。经验证 ,该模型与本课题板网填料的实测压降数据吻合较好。由于该模型包括的影响因素比较全面 ,可供预测其它规整填料压降时参考。     

催化裂化催化剂喷雾干燥过程CFD模型

基于气固两相流理论和计算流体力学（CFD）知识，结合催化裂化催化剂喷雾干燥过程的特点，运用欧拉-拉格朗日(Eulerian-Lagrangian)模型，建立喷雾干燥塔两相流CFD模型，对制备催化裂化催化剂的喷雾干燥塔内气浆两相流动量、质量和热量传递过程进行数值模拟计算。通过模拟计算结果分析，可以得到喷雾干燥塔内流速分布、温度分布以及颗粒运行轨迹等信息，从而对塔内流场信息进行可视化。将模拟结果与中型喷雾干燥塔实验数据进行对比，结果表明二者趋势一致，出口温度误差在10%以内，证明所建模型可靠，可用于喷雾干燥过程的模拟。     

基于不同模型的规整填料塔设计计算

针对规整填料塔的特点和近年来的研究进展,分析了规整填料内的流体力学和相间传质行为。对规整填料塔内压力降、液泛及气液传质设计计算公式进行比较。     

喷嘴湿气井两相流在线计量装置研究及应用

传统的湿气井计量大多采用分离法,存在工艺流程复杂、造价高昂、占地面积大等缺陷。研制了以喷嘴为节流元件的湿气井气液两相流在线计量装置。应用Fluent软件仿真模拟了单相气、单相液、气液两相流过装置的流动特性,计算了虚高系数,建立了气液两相含率在线计量模型。CFD研究及现场应用表明:该装置模型计量精度高,气相计量误差在5%以内,液相计量误差在8%以内。该装置结构简单,可以将温度、压力、差压、气流量、液流量集成在一个表头显示,可以异地重复使用,维护量少,降低计量设备安装与维护成本,满足气田开发工程计量的需要。     

基于CFX的水平管等径三通失效分析数值模拟

应用计算流体动力学（CFD）方法及CFX软件,建立水平管等径三通中的流体湍流和冲蚀数学模型。考虑等径三通近壁面处湍流的衰减,设定流动介质的气相为连续相,液相为离散相,边界条件设定为质量入口和压力出口组合,其中进口为气液两相质量流量和体积分数,出口为截面平均静压。采用稳态模拟和有限体积法对充分发展的气液两相流管内流动进行数值模拟,经过计算得到流动介质的速度流线、速度矢量及气液分布。其中,气相速度最大为21．2m／s,液相速度最大为13．4m／s;流速增大时,气液两相流的壁面切应力相应增大,气相最大切应力为36．87Pa,液相最大切应力为68．24Pa。剪切力破坏管壁腐蚀产物膜,加剧腐蚀产物膜的脱落。综合各因素解释等径三通冲蚀磨损的原因,同时结合失效样品壁厚检测结果,论证气液两相流对水平管等径三通冲蚀磨损的失效规律。     

流体物性对悬浮床加氢环流反应器的影响

利用计算流体力学方法采用标准k-ε湍流模型和欧拉两相流模型对重油悬浮床加氢环流反应器进行数值模拟,考察了气相密度、液相密度、液相黏度等流体物性对环流反应器流场以及气含率的影响。数值模拟结果表明：气相密度的改变对环流反应器内部的流场以及气含率几乎没有影响,而液相黏度改变对环流反应器轴向速度和气含率能产生较大的影响,液相密度改变能够对气含率产生较大影响。     

输气管道断裂过程中减压波传播特性研究

天然气管道一旦发生断裂,容易引起一系列重大事故,尤其是在高压富气管道断裂过程中,管道中的流体可能由单相变为两相,增大了管道裂纹扩展的风险。为此,结合经典的气体单相流和气液两相流声速统一计算模型,建立了新的输气管道减压波模型,研究了在减压过程中发生相变时的减压波特性,并开发了相应的计算程序Decomwave,分析了气质、压力、温度对减压波特性的影响,指出随着重组分的增加、压力的升高和温度的降低,减压波特性逐渐从单相中减压波特性变为气液两相中的减压波特性。实例验证表明,该模型不仅能够准确描述干气输送管道断裂过程中的减压波传播特性,而且能够较好地描述富气管道减压波传播过程中出现的相变过程及进入两相区后的减压波特性,可用于输气管道断裂过程中减压波传播特性的研究。     

流体力学因素对液固两相流冲刷腐蚀的影响

液固两相流体的冲刷腐蚀行为比较复杂,影响因素也较多。本文分析了流体力学因素对冲刷腐蚀的影响机制。并应用计算流体动力学(CFD)软件对流速、流动剪切应力以及近壁处的湍流强度等流体力学参数在冲蚀过程中的实际情况进行了数值模拟。     

减压填料塔内件流体力学模拟及压力降计算分析

常减压蒸馏装置减压塔的压力降对产品收率和分离效率具有重大影响。除填料的压力降外,塔内件的压力降也是全塔压力降的主要影响因素。文章以某炼油厂的工艺参数为基础,利用计算流体力学软件Ansys12的Fluent模块对塔内件进行流体力学模拟,得到集油箱和槽盘式分布器等塔内件计算流体力学模拟的一般方法。模拟得到的迹线图很好地反映了槽盘式分布器和集油箱内的流体流动情况,塔内件气相动能因子与压力降之间符合二次方阻力模型ΔP=aF2,分析结果表明塔内件的开孔率、槽宽和V型挡板等结构参数是阻力系数a的主要影响因素,在减压塔通常操作条件下,气相黏度对阻力系数的影响可以忽略。该文提供的方法可以分析内件压力降的影响因素,指导塔内件设计,并且计算结果可用于提高减压塔流程模拟的准确性。     

A Computational Scheme for Fluid Flow and Heat Transfer Analysis in Porous Media for Recovery of Oil and Gas

A finite-element scheme has been formulated, which is capable of solving transient analysis of both conductive and convective heat transfers due to fluid flow in porous media. The model also includes the latent heat effect to consider the phase change aspect of a frozen medium. To test the validity of the model, it was applied to six cases for which analytical solutions are available. The test cases cover (i) single-phase fluid flow through porous media, (ii) radial conduction with and without phase change, (iii) conductive and convective heat transfer in an aquifer, and (iv) two-phase immiscible flow in porous media. In all these cases, good agreement with analytical solutions are observed validating the computational scheme. This computational scheme should be useful in solving frozen ground problems, thermal stimulation technique for natural gas recovery from hydrates, and single-phase and two-phase convective heat transfer problems in enhanced oil recovery scheme in petroleum engineering.     

用改进的RNGk-ε 模型模拟旋风分离器内的强旋流动

在RNG k-ε湍流模型的基础上,对模型常数和近壁面处理方法加以改进,并将其应用于旋风分离器内强旋流动的数值模拟。将计算结果与RNG k-ε模型、Reynolds应力输运模型(RSM)的计算结果及实验数据进行比较。随后采用欧拉-拉格朗日模型（湍流模型为RSM）和欧拉-欧拉模型（湍流模型为改进的RNG k-ε模型）分别对旋风分离器内的气、固两相流动进行计算,考察了旋风分离器内的颗粒浓度分布特点。结果表明,改进的RNG k-ε模型和RSM对旋风分离器内流场分布的预测结果与实验结果比较吻合, 并且前者所需计算时间却大大缩短,更适合工业应用。使用改进的RNG k-ε湍流模型的欧拉-欧拉多相流模型可以重现旋风分离器内的气、固两相流动特点,并应用于旋风分离器的优化设计。     

用改进的RNG κ-ε模型模拟旋风分离器内的强旋流动

在RNG k-ε湍流模型的基础上,对模型常数和近壁面处理方法加以改进,并将其应用于旋风分离器内强旋流动的数值模拟。将计算结果与标准的k-ε模型、RNG k-ε模型、Reynolds应力输运模型和实验数据进行比较。结果表明,用改进的RNG k-ε湍流模型得到的数值结果与标准的k-ε模型、 模型相比准确性具有显著的提高。改进的RNG k-ε湍流模型和Reynolds应力输运模型对旋风分离器内流场分布的预测与实验结果比较吻合,并且前者所需计算时间却大大缩短,更适合工业上应用。随后采用欧拉-拉格朗日模型（湍流模型为：Reynolds应力输运模型）和欧拉-欧拉模型（湍流模型为：改进的RNG k-ε模型）分别对旋风分离器内的气固两相流动进行计算,考察了旋风分离器内的颗粒浓度分布特点。结果表明,使用改进的RNG k-ε湍流模型的欧拉多相流模型也可以较好的重现旋风分离器内的气固两相流动特点,并应用于旋风分离器的优化设计。     

Vorticity-based coarse grid generation for upscaling two-phase displacements in porous media

Coarse grid generation from finely gridded geological model is a main step in reservoir simulation. Coarse grid generation algorithms aim at optimizing size, number and location of the grid blocks by identifying the important geological and flow features which control flow in porous media. By optimizing coarse grid structure we can improve accuracy of the coarse scale simulation results to reproduce fine grid behavior. A number of techniques have been proposed in the literature. We present a novel coarse grid generation procedure based on vorticity preservation between fine and coarse grids. In the procedure, the coarse grid mesh tries to capture variations in both permeability and fluid velocity using a single physical quantity — “vorticity” which is extracted from single-phase flow simulation. One essential element in the procedure is that the improved coarse grid (ICG) has minimum single-phase vorticity error with respect to the fine grid vorticity. Our numerical investigations on modeling two-phase flow demonstrate that the ICG represents fine grid flow behavior very closely. In addition, our analyses show that the use of single-phase vorticity has only a minor impact on the ICG generation, and its performance is not affected by two-phase flow parameters such as mobility ratio.     

油水旋流分离器流场模拟分析与研究

采用流场模拟方法研究了油水混合物在旋流分离器中的流动状况,湍流模型采用多相流中湍流Reynold应力输运方程模型(DSM),基本方程的离散和求解采用SIMPLEC算法。利用计算流体动力学(CFD)分析程序,对油水旋流分离器进行了计算与分析。结果表明:模拟流场的特征与理论描述和物理实验所得到的特征一致,并定量分析了流量对压降、流体粒径对分离效率的影响及其应对措施。所用方法为深入揭示旋流分离器中油水的分离规律提供了有效手段,可用于预测和分析旋流分离器的分离性能,结构优化及揭示特性参数影响旋流分离器性能的规律。     

产水气藏气液两相管流动态规律研究

由于气液两相流流型的多变性和流动机理的复杂性,需要建立适用于任何流动条件的压降模型。目前工程常用的两相流压降模型主要是基于圆管流动实验数据得到的,其适用条件均具有一定的局限性。对于含水气井,其气水比一般比油井高得多,而且水和油物性差异大,气水两相流液体滑脱严重。现有的两相流压降模型用于气井压降预测时误差较大。因此对其进行了修正,给出了修正曲线。依据气水两相流实验,深入研究了气水两相上升流流动机理及特性参数变化规律,在现有气液两相流压降模型基础上探讨了适用于产水气井的H-B修正模型,应用现场资料对该模型进行的评价和验证表明,提高了预测产水气井压降分布的准确性,更符合实际情况。     

CFD Simulation on Ethylene Furnace Reactor Tubes

1. Introduction Thermal cracking of hydrocarbons for olefin production is normally carried out in long thin reactor tubes. Complicated transfer and reaction processes, including mass transfer, momentum transfer, and heat transfer, as well as thermal cracking reactions, which are closely related with each other, take place in reactor tubes. It is difficult to obtain the detailed operating parameters in reactor tubes by direct measurements due to technical limitations. The lack of understanding …     

Prediction of Dynamic Wellbore Pressure in Gasified Fluid Drilling

The basis of designing gasified drilling is to understand the behavior of gas/liquid two-phase flow in the wellbore. The equations of mass and momentum conservation and equation of fluid flow in porous media were used to establish a dynamic model to predict weIlbore pressure according to the study results of Ansari and Beggs-Brill on gas-liquid two-phase flow. The dynamic model was solved by the finite difference approach combined with the mechanistic steady state model. The mechanistic dynamic model was numerically implemented into a FORTRAN 90 computer program and could simulate the coupled flow of fluid in wellbore and reservoir. The dynamic model revealed the effects of wellhead back pressure and injection rate of gas/liquid on bottomhole pressure. The model was validated against full-scale experimental data, and its 5.0% of average relative error could satisfy the accuracy requirements in engineering design.     

深水气井测试温压场耦合模型求解及实现

为求解深水气井测试温压场耦合模型，需优选气液两相流动模型，结合两相嘴流模型、两相持液率公式、两相产能方程，建立关于时间和空间的非稳态压降与传热模型差分方程组，并采用Newton Raphson方法计算，实现对开井放喷瞬态过程的模拟。结果表明：①该方法真实再现了放喷过程中液位上升和地层产气等2个阶段；②预测井口参数与现场工况吻合，井口压力、温度平均误差小于5%，满足工程精度要求；③模拟结果再现了井筒内诱喷液及测试完井液动态过程，为合理制定测试设计提供依据；④高产能深水气井测试期间，应采用较大尺寸管柱及油嘴放喷，提高清井速度，防止冰堵。算例分析结果表明数学模型真实反映了深水气井测试放喷过程。该研究成果对深水气井测试方案设计及后续跟踪评价具有指导意义。