基于稠油掺稀井的光管环空掺稀降黏数值研究

稠油掺稀井筒降黏技术是稠油开采中常用的工艺技术之一,但却面临着稀油资源短缺和稀稠油混合效果差等问题。尽管大多在抽油泵下安装有井下混合器,对改善稠油掺稀井作业工况和提高掺稀降黏效果起到了一定的作用,但井口出油仍然普遍呈现一段稀油一段稠油的段塞状现象,表明混合效果较差,也导致掺稀比例越来越高,严重影响了稠油掺稀开采的综合效益。该文提出了一种基于压力边界的瞬态数值模拟方法,应用Fluent对光管环空掺稀模型进行数值模拟,并结合动网格和UDF技术,实现了抽油泵抽汲运动与流场计算域的联合求解。研究结果直观地反映了井下稀稠油混合的真实情况,揭示了井口出油呈段塞状情况的根本原因,并提出了一种定量掺稀方法,对改善掺稀降黏工艺具有一定的参考意义。     

雾化液滴掺混稠油的实验和数值模拟研究

稠油开采过程中,由于稠油的黏度较高和流动性差,掺稀降黏是近年来使用的主要技术手段之一。为达到稀油较为均匀的分布效果,该文提出将一个气体辅助式雾化喷嘴安装在模型套筒一侧的方法,使得稀油液滴雾化并与稠油进行掺混,通过实验和数值模拟的方法,重点研究液滴在二次破碎雾化后的物理性质,模拟雾化的滴变化后形成的液膜与底部的液压油的掺混过程,同时给出了掺稀携带量的变化规律。结果表明,液滴速度减弱后聚并现象加强,在整个流场内形成较为均匀分布的液膜和液滴,同时底部多相掺混搅动降低了混合液的黏度,当通过10.8 m3/h的气雾化1.08 m3/h的水,最终可以携带底部2.92 m3/h的油,大大提高了携带效率。研究结果验证了雾化液滴掺混稠油方法的可行性和实用性。     

虹吸井溢流堰跌水掺气浓度数值模拟探索研究

滨海电厂排水虹吸井溢流堰跌水掺气是造成受纳海域泡沫污染的重要因素之一,掌握虹吸井段跌水掺气浓度对研究排水消泡措施具有重要意义。鉴于掺气试验物理模型相似性、复杂水流条件下掺气浓度测量精度、模型试验周期和成本等问题,虹吸井物理模型试验具有一定的局限性。随着计算流体力学软件发展成熟,数值模拟方法逐渐成为研究复杂流动的有效工具,且可进行多方案分析计算,对物理模型试验具有指导、补充作用。本文采用FLUENT软件结合VOF模型与标准k-ε模型对虹吸井溢流堰跌水掺气问题进行了数值模拟。通过与物理模型试验结果的对比分析,显示有较好的拟合性。在此基础上,计算分析了虹吸井溢流堰下游不同过流量、不同潮水位和不同跌水高度的掺气浓度变化。计算结果证明此方法可在一定程度上反映掺气浓度的变化规律,并可为不同工程方案掺气程度对比研究提供依据。     

岸边溢洪道过流体形的数值模拟分析

以某大型水电站溢洪道中槽为研究对象,应用数值模拟对其体形进行分析.通过与1:40物理模型试验成果的对比表明,数值模拟能较好地对溢洪道泄流能力、分流墩后水面爬高现象、溢流堰压力特性、掺气坎空腔形态、挑流鼻坎压力特性等主要水力学参数进行模拟,且可信度较高,计算结果验证了溢流堰体形、掺气坎及挑流鼻坎体形基本可行.通过计算还表明,标准k-ε双方程紊流模型不能重现掺气设施空腔回水;VOF模型虽能对泄槽底板气相分布进行定性模拟,但不能对与掺气相关的水力参数(通气井风速、空腔负压等)进行定量计算,通气井尺寸设计需参照物理试验成果.     

深井配泵与降低耗电的初步探讨

在给水设计与施工中，为保证生产和节约能源，不能单纯根据井深或井泵工作部分的深度计算井内消耗扬程；要比较准确地计算出井内消耗扬程。结合多年来实际施工例子阐述、说明深井与降低耗电的关系。     

高速掺气水流数值模拟研究

应用FLUENT商用软件及其二次开发技术,采用双流体模型及混合k-ε 湍流模型对带有掺气挑坎的陡槽高速掺气水流进行了二维数值模拟。根据掺气水流的特点,重点对相间阻力模型进行了改进,特别在构建相间阻力本构关系式时考虑了湍流扩散的影响。计算结果表明,在相间阻力模型中考虑湍流扩散的影响,可明显改善以往数值计算对水流掺气估算不足的状况,使掺气浓度的分布和掺气量的计算结果与试验数据符合更加良好。说明在合理构建相间相互作用力的基础上,采用双流体模型可较好地模拟高速水流掺气现象。     

异型挑流鼻坎三维数值仿真分析

对某水库异型挑流鼻坎的主要水力学参数进行了三维数值计算和试验对比分析。根据流体体积法原理建立三维数值多相流模型,采用PISO算法进行求解计算,获得了流速、压强和掺气浓度等参数,并与试验值进行对比分析。该数值模型及其计算方法在实际应用中效果良好,可为决策者提供科学参考依据。     

挑坎下游高速掺气水流的数值模拟

应用FLUENT软件及其二次开发技术,采用双流体模型及混合k-ε湍流模型对带有掺气挑坎的陡槽高速掺气水流进行了二维数值模拟。根据掺气水流的特点,重点对相间阻力模型进行了改进,特别在构建相间阻力本构关系式时考虑了湍流扩散的影响。计算结果表明,在相间阻力模型中考虑湍流扩散的影响,可明显改善以往数值计算对水流掺气估算偏低的状况,使掺气浓度的分布和掺气量的计算结果与试验数据符合更加良好,说明湍流扩散对掺气浓度的分布有重要作用。当采用双流体模型模拟掺气水流时,相间作用力模型应考虑湍流扩散的影响。     

黏土地基深井排水效果试验与渗流场分析

深井降水效果将影响水利工程的排水方案设计。为了分析黏土地基工程深井井点降水措施的有效性,结合无锡市生态休闲岛工程,根据地质勘测资料,通过建立渗流分析有限元模型,采用固定网格有限元非饱和渗流计算分析方法,分析了深井降水的非稳定渗流场,对比分析了试验井的排水量实测数据,研究结果表明深井降水具有较好的排水效果,提出了地基土层渗透性对渗流场有较大的影响,建议了采取合适的井深和井间距以保证深井降水效果,结果可为类似黏土地基排水措施提供设计参考。     

迷宫滴头水力特性非定常数值模拟研究

应用非定常模型对迷宫滴头三维非定常流动进行了模拟。基于标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型,得到了流道内的速度、压力分布及滴头的水力特性,分析了水滴从形成到滴落的全过程。结果表明非定常模型计算值与实测数据吻合良好,其精度高于定常模型计算结果。     

不平衡效应对稠油渗流的影响

本文利用稠油的多组分模型，研究了不平衡效应对粘弹性稠油在多孔介质中渗流的影响。通过建交我孔介质中存在不平衡效应的一维有界不稳定直线渗流的数学模型，分别推出了渗流初期和后期的压力分布解析式，并与一般牛顿流体渗流进行了比较。结果表明，不平衡效应使得渗流过程中的压力下降缓慢，在实际的稠油开采中，要合理的利用稠油的粘弹特性。     

稠油输送新工艺方法探索及现场试验

本文介绍一种可应用于高粘度稠油管输的新工艺。即用自行研制的蒸汽引射器采用无界引射方式，将蒸汽直接注入到输油管道中，利用蒸汽释放的热量提高稠油温度降低粘度，从而达到降低稠油输送压降的目的，它比间接加热输送工艺所用的蒸汽量或耗煤量大大减少。本方法在辽河油田输油管线上进行了工业现场试验，取得了很好的效果。     

河道溢油污染事故二维数值模型研究

为了研究内河船舶事故溢油的运动规律,在二维水动力、风场模型基础上,分别采用油粒子模型理论,建立了适合内陆狭长型河道溢油事故模拟的二维数值模型。在假定工况条件下,将模型应用于长江、汉江武汉段典型溢油事故的模拟研究。模拟结果表明模型较好地反映了风场、流场、复杂地形条件等对河道溢油扩展和漂移运动的影响规律,模拟结果可为河道突发性溢油污染事故预报和应急处理提供技术支持。     

河道型水库溢油费伊模型与油粒子模型的对比研究

针对河道型水库溢油模拟研究匮乏的现状,以龙溪口库区河道突发溢油事故的预测模拟为例,分别建立了传统费伊(FAY)模型及油粒子模型,力图探明这两种主流模型在求解狭长河段溢油扩散时的特性。研究结果表明:FAY模型侧重于油膜扩展阶段中油膜厚度的精细模拟,但在水文情势复杂的河道溢油模拟过程中没有有效考虑流场、风场、地形对油膜漂移、扩散的影响;油粒子MIKE21-OS模型则克服了上述不足,对于河道溢油的模拟具备一定精度。模拟结果可为龙溪口库区突发溢油事故的预测预警提供参考。     

多沙河流中石油类污染物迁移的一维数学模型(Ⅱ-解吸模型)

本文建立了一维河流石油类污染物“解吸为主”的动态水质模型。模型方程中考虑了河流悬移质、推移质泥沙和底泥与石油类之间发生的吸附\解吸的动态过程，以及河流弥散作用对石油类污染物在多沙河流中迁移的影响。模型还考虑了底泥解吸与泥沙解析在速率上的差别，使模型更加精确实用。运用拉普拉斯变换，求得了模型方程法的解析解。用室内烧杯试验的方法确定出了研究区域内的污染底泥解吸常数kdw；结合室内水槽动态试验，对解吸模型进行了验证。结果表明，该模型能够较好地描述一维多沙河流污染沉积物中石油类污染物的解吸过程。     

超声波对胜利浅海原油降粘实验研究

为了经济有效的开采高凝、高粘原油和降低原油管道输送的能耗，对胜利浅海脱水原油进行了不同声强、频率、作用时间的超声波降粘试验和筛选最佳降粘组合参数的正交实验。实验得到了超声波降粘的最佳组合参数，同时认为温度是影响原油粘度最大的因素，温度越高，超声波作用降粘效果越不明显；温度越低，降粘效果越明显。该研究不仅使超声波在原油开采中得到应用，而且利用超声波实现原油常温输送，将大大降低能耗。     

树脂对稠油污水中Ca2+、Mg2+的吸附动力学及机理研究

随着国内油田稠油的不断开采和水资源的日趋紧张,需要将稠油污水进行软化处理和回收利用。根据稠油污水的特性,分别对大孔强酸树脂、大孔弱酸树脂、凝胶强酸树脂、大孔氨基磷酸树脂和大孔亚氨基二乙酸树脂这五种常用树脂进行了静态筛选实验,并且进行了动力学研究,得出拟二级反应动力学模型能更好地描述树脂对稠油污水中Ca2+、Mg2+的吸附行为。由模型结果可知,吸附速率同时受粒内扩散和液膜扩散的影响,但粒内扩散是吸附速率的主要控制步骤。     

STUDY ON SORPTION OF HEAVY METAL POLLUTANTS BY SEDIMENT PARTICLES

Sorption of heavy metal on sediment particles is studied theoretically am experimentally. Sorption processes of heavy metal pollutants on sediment particles can b well described by Langmuir model. Parameters in the model b,,k and k1 depend on proper ties of sediment and water, and have nothing to do with sediment concentration. By com bining the sorption dynamic equation and the mass conservation equation, the variation c N(sorption content of heavy metal pollutant by specific weight of sediment) and c (con centration of heavy metal pollutant in water phase) with time can be deduced. Further more, formulas for calculating the equilibrium sorption content N and the equilibriur concentration of heavy metal pollutant in water phase c are established too. Experimenta data well coincide with theoretical formulas. These can be treated as the basis for furthe quantitative study of sediment sorption-desorption characteristics.     

Experimental study of flow patterns and pressure drops of heavy oil-water-gas vertical flow

A stainless steel apparatus of 18.5 m high and 0.05 m in inner diameter is developed, with the heavy oil from Lukeqin Xinjiang oil field as the test medium, to carry out the orthogonal experiments for the interactions between heavy oil-water and heavy oil-water-gas. With the aid of observation windows, the pressure drop signal can be collected and the general multiple flow patterns of heavy oil-water-gas can be observed, including the bubble, slug, churn and annular ones. Compared with the conventional oil, the bubble flows are identified in three specific flow patterns which are the dispersed bubble (DB), the bubble gas-bubble heavy oil, and the bubble gas-intermittent heavy oil (B_g – I_o). The slug flows are identified in two specific flow patterns which are the intermittent gas-bubble heavy oil (I_g – B_o) and the intermittent gas-intermittent heavy oil (I_g – I_o). Compared with the observations in the heavy oil-water experiment, it is found that the conventional models can not accurately predict the pressure gradient. And it is not water but heavy oil and water mixed phase that is in contact with the tube wall. So, based on the principle of the energy conservation and the kinematic wave theory, a new method is proposed to calculate the frictional pressure gradient. Furthermore, with the new friction gradient calculation method and a due consideration of the flow characteristics of the heavy oil-water-gas high speed flow, a new model is built to predict the heavy oil-water-gas pressure gradient. The predictions are compared with the experiment data and the field data. The accuracy of the predictions shows the rationality and the applicability of the new model.     

油在河流中传输的双层数学模型

本文建立了一个模拟河流中漏油的两层数学模型ＲＯＳＳ２，这个模型考虑漏在河中的油由表层油膜和分布在整个水深中的悬浮油珠两层组成，油的输送过程包括流动、扩散、紊动扩散和掺混、挥发、溶解、乳化、附着在岸边和沉积到河底等过程．该模型可用于瞬时的和连续的漏油且油漏在水面或水中的情况．该模型已用于美国Ｏｈｉｏ－Ｍｏｎｏｎｇａｈｅｌａ－Ａｌｌｅｇｈｅｎｙ（ＯＭＡ）河系及Ｓｔ．Ｌａｗｒｅｎｃｅ河上游．此模型不仅可用于模拟油，也可模拟其它有害物质的泄漏．