幂律流体偏心环空螺旋流中的二次流问题

本文建立了幂律流体偏心环空螺旋流的控制议程，并用有限差分法对其数值求解。结果表明：幂律流体偏心环空螺旋流中存在二次流动、最后，还对这种二次流做了分析。     

偏心环空层流螺旋流动的近似解析解

本文分析计算了石油钻井工程偏心环空中内管转动的螺旋流动，将偏心环空的三维流动简化为环空薄层内的二维流动，从黎曼空间曲面张量表达的动量方程出发，求得了偏心环空层流螺旋流动速度的近似解析解。用此方程的同心环空表达式与精确解比较，精度较高。     

偏心环空非牛顿流体紊动场特性的研究

在石油钻井工程中普遍存在偏心环空间的流动。本文从偏心环空轴向流的层流方程与非牛顿流体的本构关系出发，分析了流态转换的临界条件与局部紊流的发展过程，并在忽略环的面两次流的基础上，利用Ｐｒａｎｄｔｌ边界层理论建立起紊动方程及时均流速方程，最后，根据计算讨论了流体流变性，环空几何参数对流场分布的影响，结果表明环空偏心度是引起流场分布不均匀的主要参数，调整环空几何结构与流体流变性均可获得设计的流场，对钻井     

非Newton流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的速度分布

本文建立了双极坐标系下非Newton流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的控制方程；并以HPAM水溶液为例，用有限差分法对控制方程进行了数值求解，绘制了这种流动的速度分布曲线；分析了环空内外管的偏心距、环空内管的冲程和冲次对流体在偏心环空中速度分布的影响。分析结果表明：随着环空偏心距减小，最宽和最窄间隙处的流体速度分布越来越接近；随着环空内管的冲程和冲次的增加，环空内管的轴向往复运动对流体速度分布的扰动增大。     

透平机械第三类相对流面S3理论

该文针对透平机械内复杂的二次流描述问题，提出了第三类相对流面S3理论。几何上S3流面垂直于第一类流面S1与第二类流面S2，即S3流面的法向为主流运动方向，通过S3流面的流动为主流，S3上的流动均为二次流，且二次流均在S3流面上。根据定义，S3流面上的速度通量为透平机械流量，其速度功(环量)为主流的涡通量，通过S3流面将透平机械内部流动分解为主流与二次流。S3流面为二次流的提取与二次流损失及流致噪声评估奠定了基础。三类流面S1、S2与S3两两相交，形成三条曲线，基于三条曲线构建曲线坐标系S3(a, b, c),a轴为S1与S2流面的交线，描述主流运动；S3面分别与S1和S2的交线b轴与c轴分别表征从压力面到吸力面及叶根到叶梢方向的两个典型二次流，从而实现透平机械内复杂流场的完整描述。该文以典型的透平机械喷水推进泵为例，构建S3坐标系，开展流体微团力学分析，建立了基于三类流面的数理模型，阐明了流线弯曲及科氏力对二次流的作用机理，依据能量定义建立了二次流损失评估模型，形成了二次流S3流面理论。该文将经典的两类流面拓展至三类，发展了透平机械流动理论，开辟了透平机械叶型设计分析新路径，为水动力与...     

水泥浆流变性分析及其环空流动的数值模拟

偏心环空流动的均匀性在固井工程中有重要影响。通过实验对三种不同配方的水泥浆进行流变性分析,得到适合水泥浆的最佳流变模式是赫切尔一巴尔克莱(H-B)模式。应用Fluent软件对外径0.24 m(9 1/2”),内径0.18 m(7”)的环空井筒内水泥浆流动进行了数值模拟,得到了偏心度、流速以及流体的流变参数对流动不均匀度的影响规律。模拟结果表明,偏心是引起环空流动不均匀的主要原因。随着偏心度的增加,流动均匀性降低;另外,提高流动速率以及降低流体的屈服应力、稠度系数和流性指数有利于环空流动的均匀性。     

水平管内螺旋流涡特性数值模拟

螺旋流是工程上常见的流动现象,具有增强湍流度、促进传热传质和提高对颗粒的携带能力等特性。该文采用雷诺应力湍流模型(RSM)对水平管内由短螺旋扭带起旋的螺旋流流动特性进行了数值模拟研究,通过激光多普勒测速仪(LDV)测速实验验证了数学模型的准确性和可靠性。结果表明,水平管内螺旋涡首先在扭带吸力面形成,且形成初期,涡量的大小受主涡影响较大,二次涡形成后,涡量大小主要受二次涡影响。在形成过程中二次涡增强了壁面附近的速度脉动,能够有效地增加介质的掺混。此外,由于二次螺旋涡的存在,使水平径向压力梯度增加,靠近壁面处的轴向速度减小,近壁处切向速度值增大1倍,且径向速度在螺旋流中不可忽略。     

明渠弯道温差异重流特性研究初探

本文应用二维激光测速系统，红外热像仪和多通道测温系统对明渠弯道温差异重流的特性进行了实验研究，发现了异重流弯道二次流弯道二次流有三环主体结构，为明渠弯道传热，传质数学模式奠定了物理机制的基础。     

螺旋流研究进展及工业应用

螺旋流是指同时存在轴向及切向速度分量,且切向速度的作用不能忽略的流动形式。螺旋流可分解成轴向流动与强制涡流,是涡线与流线重合的二种特殊流动。主要介绍了螺旋流在理论方面及工业领域的研究现状,为进一步研究螺旋流技术提供参考。     

大斜度井注水泥顶替界面理论模型分析与数值求解

保持注水泥顶替界面稳态可有效保证注水泥顶替效果。该文以非牛顿流体在井眼环空流动特性为基础,参考顶替界面处的连续性条件,对建立的偏心环空注水泥顶替界面理论模型进行分析和有限差分求解。结果表明:在大斜度井内,一定的套管偏心可抑制水泥浆在环空低侧宽间隙内的突进,有利于保持顶替界面的稳定。该模型适用于不同井斜角条件偏心环空内的注水泥顶替界面形态,可为注水泥顶替参数和流体性能参数优化设计提供一定的理论依据和参考。     

涡管螺旋流排沙技术及其应用

在综合分析国内外涡管螺旋流排沙技术主要研究成果的基础上，对螺旋流的形成及排沙机理、涡管泄流比和排沙率以及涡管设计和实际应用情况，作了全面而综合的介绍，并提出了自已的观点，指出了有待进一步深入研究的问题。     

涡管螺旋流排沙技术及其应用

在综合分析国内外涡管螺旋流排沙技术主要研究成果的基础上，对螺旋流的形成及排沙机理，涡管泄流比和排沙率以及涡管设计和实际应用情况，作了全面而综合的介绍，并提出了自己的观点，指出了有待进一步深入研究的问题。     

屈服假塑性流体轴向同心环空中速度及温度分布研究

赫谢尔-巴尔克莱(Herschel-Bulkley)流变模式是一个三参数模式，因其精度较高，近几年国内多采用其描述钻井液的流变性。本文将非牛顿流体动量方程、能量方程与H-B流体的本构方程相结合，推导出了流体在轴向同心环空中的速度及温度分布公式。数值研究结果表明，由于H-B屈服应力的作用，轴向同心环空内存在柱塞流动，柱塞的大小与H-B屈服应力孔成正比，与单位管长压力降Δp^*/L成反比。在其它相同条件下，柱塞速度随环空尺寸的增大而增大。随着流变指数L的增大，流核速度变小。柱塞内温度呈对数曲线变化，柱塞外侧温度与内侧温度不相同，从柱塞边界到管壁，温度逐渐减小。越靠近管壁，温度降低幅度越大。     

以纽带起旋的气液螺旋流实验研究

鉴于气液两相螺旋流在实际中的重要作用,且目前国内外对其鲜有研究报道,该文以空气和水为实验介质,利用高速摄像机对以纽带为起旋装置下的水平管内气液两相螺旋流的流型进行了研究.实验研究发现,存在螺旋波状流、螺旋泡状流、螺旋轴状流和螺旋弥散流四种典型的流型,并着重讨论了纽带的扭率对流型转换边界和流动压降的影响.该实验研究为今后对气液两相螺旋流的研究奠定了基础.     

圆管螺旋流的流场特性试验研究

该试验选择了两种圆管螺旋流局部起旋器方案，并在不同流量工况下分别进行了试验。在试验的基础上，对其管段内的流速分布与压力分布进行了分析，从而揭示了起旋器管段内流场分布的特性。为实际运用螺旋流输沙技术解决泥沙淤积问题提供了理论依据。     

表面活性剂对气液两相螺旋管流流动特性的影响

为了考察阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)对气液两相螺旋管流流动特性的影响,该文用实验研究了不同浓度的SDS溶液体系气液两相螺旋管流的流型转变及压降规律。实验装置为由有机玻璃圆管制成的长2 m内径23 mm的实验段,以SDS水溶液和空气为实验介质,气液相折算流速均为0―2.5 m/s,SDS溶液质量浓度10―90 mg/kg,螺旋流由5种不同型号的金属螺旋叶轮诱导产生。利用直接观察和高速摄像相结合的方法观测流型的变化,并用液柱式压差计测量实验管段上下游间压差,实验在常温常压条件下进行。实验共得到螺旋线状流、螺旋波状分层流、螺旋轴状流、螺旋弥散流4种流型,与未添加表面活性剂体系相比较,并未得到螺旋泡状流和螺旋团状流这两种流型。同时,随着SDS溶液浓度的增大,气液两相螺旋流逐渐向螺旋弥散流流型转变,这是因为低浓度的SDS溶液随着其浓度的增大,气液界面张力逐渐减小,而气液掺混程度则会不断增大。此外,与未添加表面活性剂体系相比较,添加了SDS体系的气液两相螺旋管流压降梯度将会减小。最后,阐述了气液两相螺旋管流强化天然气水合物生成的研究及应用现状,并针对多相流研究现状,提出了气液两相流相间传热特性应成为今后研究热点等建议。     

圆管螺旋流输沙特性试验研究

螺旋流的流速分布有着与普通平直流不同的特点 ;运用圆管螺旋流的特性可以在管道中实现高浓度 ,远距离的泥沙输送。本文在试验的基础上对螺旋管流中的流速分布、泥沙的起动、起旋以及输沙等特性进行了研究 ,同时进行了理论分析 ,探讨了螺旋流高浓度输沙的可能性。     

浑水条件下偏心铰弧形闸门的空化空蚀

在空化空蚀试验台上，对黄河小浪底水得 纽排沙洞偏心铰弧形闸门顶水封的１：１切片，进行缝隙空穴流春在清、浑水条件下原型可能出现的空化空蚀状况。同时，分析了浑水对空化的影响后表明，浑水的声压级高于清水，浑水的空蚀强度大于清水，且均随浑水的浓度增加而加大。     

浑水条件下偏心铰弧形闸门的空化空蚀

在空化空蚀试验台上，对黄河小浪底水利枢纽排沙洞偏心铰弧形闸门顶水封的1:1切片，进行缝隙空穴流试验。直接观测其在清、浑水条件下原型可能出现的空化空蚀状况。同时，分析了浑水对空化的影响后表明，浑水的产压级高于清水，浑水的空蚀强度大于清水，且均随浑水的浓度增加而加大。     

螺旋流排沙管泄流量计算方法

本文通过水槽试验资料，分析了影响螺旋流排沙管泄流量的主要因素，提出螺旋流排沙管泄流量计算公式，并经三座水电站排沙管泄流量原型观测验证，用该公式计算排沙管泄流量筒便可靠、精度较高，可供设计排沙管时参考。