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。     

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。     

幂律流体偏心环空螺旋流中的二次问题

本文建立了幂律液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     

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。     

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。     

幂律流体在偏心环形空间中轴向层流的速度分布

本文从流体运动的基本方程出发,研究了幂律流体在偏心环形空间中的轴向层流流动规律。与前人的工作相比,本文在处理流体运动微分方程时考虑了T_(rz)/r项;而且没有假设速度分布对称于环空间隙的几何中心。     

旋转螺旋管道内粘性流动

首先根据张量分析推导出旋转螺旋坐标系下流体的相对运动方程，采用摄动方法求解了圆截面旋转螺旋管道内的粘性流动，得到二阶摄动解；研究了在曲率、挠率和旋转共同作用下的流体运动的特性；结果表明：旋转螺旋管道与不旋转螺旋管道内的二次流动以及轴向速度的分布存在明显的差别，在圆截面上最多可存在上下不对称的四个涡，轴向速度最大值所在的位置与挠率和科氏力(Coriolis force)与离心力(Centrifugal force)之比有关。     

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。     

多孔介质强化传热的理论与实验研究

本文从理论上分析了绕花丝多孔体(孔隙率ε＞95％)的管内换热以及流动特性，建立贴附多孔层圆管内流体的流动模型。通过用Brinkman—extended Darcy方程分析多孔层内流体的流动，以及在能量方程中加入弥散系数，得到模型内速度场和温度场的理论解。实验结果表明：在层流范围内其实验数据与理论解吻合较好，说明理论模型能够分析多孔体管内的层流流动和换热。通过改进这一模型还可以为各种多孔介质强化管的研究提供理论基础。     

Numerical investigation of the concentric annulus flow around a cylindrical body with contrasted effecting factors

This paper studies the wall-bounded flow around a cylindrical at a high Reynolds numbers body in a determined computational domain, with simulations of the 3-D, turbulent concentric annulus flow in a straight pipe. Numerical results show that a reversing zone, appearing as a tongue zone with nested velocities higher than the surrounding area, exists behind the cylindrical body. The annulus space is a region of high velocity and low pressure. The zero velocity, of combined the X- velocity and the Y- velocity, exists in the cross sections and no vortex shedding is formed behind the attaching cylinders. Among all investigated effecting factors, the diameters of the attaching and the main cylinders affect the wake feature behind the cylindrical body while the main cylinder length does not affect the distribution tendency of the flow field. The diameters of the main cylinder and the pipe affect the pressure values and the distribution tendencies on the main cylinder surface. Obviously, the increase of the pipe diameter reduces the drag coefficient of the cylindrical body and the increase of the diameter of the main cylinder increases the drag coefficient greatly. The numerical investigation of the concentric annulus flow provides foundations for further improvements of the intricate flow studies.     

固体颗粒在螺旋管流中的分布特性

二维天然挟沙水流由于重力引起的沉速作用,形成浓度上低下高的不均匀分布。对螺旋管流,可从流场的特点分析出固粒分布的中心对称与上下对称性。通过质量平衡微分方程的求解实例,说明其挟带浓度比普通平直管流高得多的固粒的力学原理是重力产生的沉速消失,而代之以低约两个数量级的扩张速度,从而形成沿迥转半径的较均匀的固粒分布。固粒沿截面分布的对称性与沿迥转半径分布的均匀性导致螺旋管流挟带固粒的高浓度,从理论上说明了螺旋管流可挟带高浓度的真实原因,更突出了研究螺旋管流输移固粒的深远意义。     

3-D numerical investigation of the wall-bounded concentric annulus flow around a cylindrical body with a special array of cylinders

Concentric annulus flow around a combinational cylindrical body with a special array of cylinders at five high Reynolds numbers is investigated numerically using Fluent 6.3.26 in this paper. The numerical results show a good agreement with the experimental data in regard to the axial velocity of the flow. This study focuses on the flow structure and the hydrodynamic characteristics based on the velocity distribution, the pressure distribution, streamlines and vectors under 1-D, 2-D and 3-D conditions. Meanwhile, some global parameters including the pressure coefficient, the drag coefficient and the lift coefficient are analyzed. Numerical results show that the high velocity region and the reverse wake zone with low velocity exist in some spaces due to the disturbance of the cylindrical body. Negative pressures appear in some regions. Neither a wide area vortex nor the vortex shedding appears in the wall-bounded domain. The drag along the axial direction is the main force acting on the cylindrical body in the pipe domain. The annulus flow around the cylindrical body is analyzed to reveal the hydrodynamic characteristics of the complex turbulent concentric annulus flow field due to the multi-effects in the pipeline.     

含聚丙烯酰胺的管道螺旋流流动特性试验

为了解聚丙烯酰胺(PAM)对管道螺旋流流动特性的影响,搭建管道试验系统和制作多导叶式局部起旋装置,使用5孔直头球形测针和1套水压力测压系统,测量含PAM管道螺旋流的管道边壁静水压强和测针内动水压强,分析管道螺旋流流速分布、输固能力和压力特性。结果表明:加入少量PAM(100 mg/L)之后,管道螺旋流的流速分布相比清水发生变化,管道螺旋流发展过程(产生—发育成型)延长67%,管道螺旋流的输固能力增大79.1%～91.5%,阻力损失降低18.0%～23.8%。     

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。     

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。     

圆柱容器内流经环形填充层流动的研究

本文对圆柱容器内流经环形填充层的流动进行了分析,导得了基本运动方程,并进行了实验研究。计算结果与实验结果符合得比较好。研究表明,结构型式、中心通道与环形通道面积比、填充层自身的阻力系数以及圆柱容器的长径比,对于流经填充层的径向流速沿轴向的分布都有影响。     

基于热-流耦合的冷却水管降温效果及其参数敏感性分析

水管管径、水管长度、管内流速、流量等因素影响着冷却水管降温效果,为了对上述因素进行优化,基于Ansys中的Fluent和Workbench平台,建立包含热流耦合与湍流模型的三维有限元模型,获得精细的混凝土温度场及水管水温沿程变化,以探讨冷却水管降温机理,以及降温效果与管内流速、管径、管长等变量之间的关系。结果表明,冷却水的流速或流量存在能够使降温效果和成本控制达到最优的值;冷却水管的降温效果与管径呈正相关;冷却水管长度、交替通水流向变换间隔与沿程效应的强度均呈线性关系。无论是流速还是流量,都存在获得较优降温效果时的合理量值;合理控制冷却水管的长度且进行交替通水,可解决沿程效应带来的降温不均匀问题。管长不大于200 m的水管,流向变换间隔时间可选择1 d,通水流量不宜大于2. 5 m3/s。研究成果对于混凝土温控措施中各参数的优化选择具有借鉴意义。     

水力提升管道大颗粒运动特性的高速摄影分析

为提高管道水力输送安全性,本文利用高速摄影技术对水力提升系统中大颗粒的运动规律进行了试验研究,观察了颗粒及颗粒群体的运动状态.通过数字图像处理技术,得到了单颗粒的运动轨迹和颗粒群分布规律,同时获得了颗粒轴向速度、径向速度等各种运动参散,并分析了颗粒粒径对其轴向速度的影响.研究发现单颗粒基本上属于螺旋式上升的状态;颗粒群主要集中于管道的中心;颗粒的轴向速度在沿管径的分布类似于抛物线分布,大小基本上与颗粒的粒径成反比;径向速度沿管径基本符合正态分布.