牛顿流体紊流-幂律流体层流的圆管分层流动规律

从流体力学中N—S方程与雷诺方程出发，建立了圆管两相中一相为幂律流体而另一相为牛顿流体分层紊流-层流流动的数学模型。通过两相分层紊流-层流的相互作用的流体力学分析，提出了两相流动界面的耦合条件，从而得到了一组完整描述两相圆管分层紊流-层流的数学方程，通过数值求解分层流的数学方程，得到了对工程实际应用有重要价值的流动规律。应用圆管两相分层紊流-层流的流动规律，可以实现高粘流体的高效率输送。     

牛顿流体-宾汉流体的圆管分层层流的数值模拟

从流体力学中N-S方程出发，建立了圆管中牛顿流体-宾汉流体的分层层流流动的数学模型。通过两相分层层流的相互作用的流体力学分析，提出了两相流动界面的耦合条件，得到了一组完整描述两相牛顿流体-宾汉流体的圆管分层流的数学方程，再通过数值求解，得到了对工程实际应用有重要价值的流动规律。应用圆管两相分层层流的流动规律，可以实现高粘宾汉流体的高效率输送，节能效果十分明显。     

宾汉流体偏心环状管流的数值模拟

在调研了大量关于宾汉流体偏心环状管流的文献之后，发现大都是近似计算而不具有普适性。根据流体力学中N—S方程对层流的描述，再结合力学理论，对其流动界面提出严密而科学的界面耦合条件，得到了完整描述其流动的适定的偏微分方程组，通过计算机数值模拟，得到了它的流动规律，具有工程应用价值。     

水平圆管油水两相变质量分层流压降计算

以往对水平圆管中复杂流体介质的流动规律研究的对象均是对水平圆管单相和气液两相变质量流动,关于存在壁面入流条件的水平圆管油水两相变质量流动的研究较少。为此对水平圆管油水两相变质量分层流动进行了微元分析,考虑壁面入流对其中油水两相变质量分层流动压降的影响,分别对油水两相应用连续性方程和动量守恒方程,得出了水平圆管油水两相变质量分层流动的基本模型和压降计算模型。通过模型求解揭示了在壁面入流条件下沿水平圆管的压降规律,并分析了壁面入流、圆管直径、油相黏度和含水率等主要参数对其中压降规律的影响。计算结果表明,当油相黏度较大时,随含水率的增加,沿水平圆管压降降低;而油相黏度较小时,随含水率的增加,沿水平圆管压降升高。     

聚合物产出液在抽油泵的缝隙中流动

室内聚合物溶液流变性测试表明,大庆油田应用的聚合物溶液的流变性符合幂律模式。运用非牛顿流体力学理论和数理方法,结合抽油泵柱塞运动特点,假设液体为不可压缩的,液体在缝隙中流动的水力半径很小,呈层流流动,柱塞在每一位置的瞬间,流动做定常流处理,建立了泵筒与柱塞同心和偏心两种情况下运动方程和边界条件,引入无量纲坐标、无量纲速度和柱塞与泵筒偏心配合时的缝隙高度,并给出缝隙流流速、流量的解析解。讨论了流性指数n=1时的特殊情况,所得的流速、流量方程与目前国内外应用的缝隙流公式完全相同。此外,还作出牛顿流体和非牛顿流体在柱塞与泵筒同心和完全偏心的情况下,漏失量与压差关系图,在其他条件相同情况下偏心时漏失量大于同心时漏失量。为聚合物驱抽油机井排量系数的正确计算提供了理论依据。     

偏心圆柱塞状管流的流动规律

在全面调研了国内外关于两相在管道中的偏心圆柱塞状管流的研究文献之后，发现几乎都利用经验公式或近似估计式进行水力计算，这与石油工业中两相流的广泛应用极不适应。根据流体力学中N-S方程对层流的描述，再结合经典的力学理论分析，对两相偏心圆柱塞状管流的相界面提出严密而科学的力学耦合条件，得到了完整描述偏心环状管流的适定的偏微分方程组，然后利用计算机仿真技术，得到了两相流中偏心圆柱塞状管流的流动规律，对石油工业具有重要的工程应用价值。     

幂律液体圆管螺旋流的解析解

本文从理论和实验方面研究了石油钻井泥浆常用的幂律液体在钻柱中的螺旋流动规律。推导出了幂律液体圆管螺旋流的视粘度分布、速度分布、流量的解析表达式;进而建立了压降方程和判别流动状态的稳定性参数K及其最大值K_max的解析表达式。通过CMC及聚丙烯酰胺水溶液的圆管螺旋流的实验,证明了理论研究的正确性,并确定了稳定性参数的临界值K_max,c可以取作400。     

幂律液体圆管螺旋流的解析解

本文从理论和实验方面研究了石油钻井泥浆常用的幂律液体在钻柱中的螺旋流动规律。推导出了幂律液体圆管螺旋流的视粘度分布、速度分布、流量的解析表达式;进而建立了压降方程和判别流动状态的稳定性参数K及其最大值K_max的解析表达式。通过CMC及聚丙烯酰胺水溶液的圆管螺旋流的实验,证明了理论研究的正确性,并确定了稳定性参数的临界值K_max,c可以取作400。     

泡沫流体层流射流的数值模拟

泡沫流体是石油工程上广泛应用的一种幂律非牛顿流体，在泡沫流体冲砂解堵、泡沫钻井等作业中都要求解泡沫射流的问题。利用流体力学数值模拟软件FLUENT对泡沫流体轴对称层流淹没射流进行了数值计算，得到了射流区域的速度场和表观黏度场的分布，以及幂律指数和稠度系数对射流的影响。从计算结果可以得出，非牛顿流体层流射流的轴心无量纲速度分布具有相似性，但与牛顿流体的湍流射流轴心无量纲速度分布相比具有较大的差别，射流轴心的速度在射流出口处发生骤降；无量纲轴向距离小于3时，不同的K和n对轴心速度分布影响很小，无量纲轴向距离大干3时，K和n越大，轴心速度衰减越慢。这些结论与前人得出的一致，证明用流体力学数值模拟软件FLUENT对非牛顿流体层流射流进行数值模拟是可行的。建议应加强适用于非牛顿流体湍流模型的研究，实验的方法是研究非牛顿流体湍流射流的最直接方法。     

变质量气液分层流动数值模拟

管内气液两相分层流动是管道输运和水平井采油中的重要研究课题之一,而气液界面是研究的重点内容,尤其有气泡穿过界面的分层流是水平井采油中有射孔注入时不可回避的流动现象,也是数值计算的难点所在。首先采用一维定常模型对分层流作整体研究,然后采用三维非定常模型进行数值研究,利用VOF方法捕捉气液界面,应用RNG湍流模式和有限体积数值方法计算圆管内三维非定常雷诺方程,得到了典型界面上有质量交换的分层流流场和界面上阻力变化的结果。