基于Fluent的稠油定向井扶正器流场数值模拟

扶正器是定向井有杆泵抽油系统必要的井下工具。基于计算流体动力学方法建立了定向井内稠油通过扶正器流动的数学模型。稠油在扶正器周围的环空流动过程中,假设计算流场为定常等温流场,利用三维CFD仿真技术,以FLUENT软件为数值模拟平台,采用有限体积法离散上述控制方程组。为减少数值扩散,针对流动控制方程的特点,连续性方程、动量方程、湍动能方程和湍动能耗散方程均采用二阶迎风格式离散计算,选用SIMPLE算法进行压力速度耦合。     

套筒式调节阀结构优化与流量特性数值模拟研究

以单座套筒调节阀为研究对象,进行了原结构与优化后套筒调节阀流场数值模拟计算,并采用最小二乘法拟合得到了套筒调节阀优化前后在不同开度下的流量特性曲线。研究结果表明:套筒调节阀原结构的流量特性曲线在不同开度的斜率偏差超过标准要求,不符合等百分比流量特性;优化后套筒调节阀的流量特性曲线满足等百分比流量特性要求;CFD数值模拟计算方法可作为套筒调节阀研发设计的重要方法。     

多相混输泵叶轮叶片强度有限元分析

提出了一种基于计算流体动力学(CFD)和ANSYS有限元分析软件对多相混输泵叶片进行强度分析的方法.在三维时均N-S方程的基础上,应用标准k-ε方程对多相泵内部三维湍流流动进行了数值模拟,计算叶轮内的稳态流体压力,得到叶片表面真实压力分布;将此压力分布加载至强度分析的叶片模型表面进行叶片的强度分析,这种方法能够真实反应叶片表面的受力状态,因而具有工程实用价值.     

方钻杆旋塞阀流场的三维数值模拟研究

以Ф114.3 mm整体式方钻杆旋塞阀为例,采用CFD软件对其速度场和压力场进行数值模拟研究,以揭示流场的速度和压力分布,弄清流体在球阀关闭过程中的变化规律。建模时采用有限体积法对控制方程进行离散,用Quick格式处理对流项,压力修正采用二阶格式,方程组的求解采用分离求解和Simple算法。研究结果表明,旋钮水平面处的作用力存在3 MPa差异,增加了该处的疲劳损坏,使得裂纹沿水平面扩展;方钻杆旋塞阀的失效形式均与流场数值模拟计算结果一致,说明流场数值模拟结果是正确的。     

高压差微小流量调节阀的设计与仿真

针对高压差(大于10MPa)、微小流量(CV<0.1)工况条件下,调节阀的闪蒸、空化容易造成阀芯振动、阀杆断裂、密封面冲刷、噪音大等问题,设计了一种微小流量调节阀。采用孔板节流与多级降压相结合,实现级间压降平稳分布,有效降低了闪蒸、空化及密封面冲刷。通过理论计算,确定阀内件的关键尺寸。运用CFD软件进行阀内流场的数值模拟,数值模拟及流量试验的数据表明,理论计算较为准确,数值模拟可靠。     

粉煤三通换向阀内气固两相流动的数值模拟

本文采用CFD数值模拟方法对粉煤三通换向阀内的气固两相流动进行了数值模拟研究,得到了阀门的内流场特性。模拟分析结果可为流道结构优化指明方向。     

钻头保径对底部稳定器流场影响的数值模拟

为了对涡轮钻具近钻头减压稳定器棱叶片进行合理设计,深入研究稳定器数值模拟的真实性和内部流体流动特性,运用计算流体力学软件NUMECA,基于S-A湍流模型及SIMPLE算法对设计的钻头保径段、近钻头减压稳定器和涡轮钻具稳定器导叶结构组合段内部的流场进行了三维数值模拟。主要研究钻头保径结构对流体流动的干扰,及对稳定器内流场流动的影响。模拟结果表明钻头保径结构对流体流动方向干扰很大,对稳定器入口段流场流动影响较大。为了降低不必要的水力损失,设计稳定器叶片需要考虑保径结构的影响。     

水力旋流器内分离介质流动分布特征数值模拟

提出了脱油型水力旋流器参数关系的结构模型,依据建立和修正的分离场的k-ε湍流数学模型,进行了网格划分,确定出边界条件.描述了水力旋流器内部分离介质的三维流动分布特征对分离性能的影响.对旋流器压力场、速度场和分离介质运动迹线分布特征的数值模拟进行了研究.分析了旋流器内部分离介质流动分布特征的数值模拟结果,实际测试的分布结果与流动场结构中理论计算的分布结果相一致.通过合理控制旋流器操作参数(如流量、压力和分流比等)来实现最佳的分离效果.该研究将为改进水力旋流器结构设计、提高分离性能和降低能耗损失提供参考,也为其更好的推广应用奠定一定的基础.     

CFD技术在防堵塞系列配水嘴设计中的应用

应用CFD（计算流体动力学）技术模拟配水嘴嘴损特性,分析配水嘴内部流动特性,设计了防堵塞新型系列配水嘴。在对新型结构配水嘴的嘴损特性和内部流动进行数值模拟基础上,结合原始孔口水嘴的数值模拟结果对新型配水嘴进行了定型和系列化设计。根据水嘴内部流场中压力和流线的分布,分析了新型配水嘴的节流原理。结果表明：模拟配水嘴嘴损所采用的数学模型和计算方法合理有效,设计了与试验相符的、满足工程实际技术要求的新型系列化防堵塞配水嘴。拓展了CFD技术应用领域,为新型配水器水嘴的研制和调配提供了新的方法。     

多相混输泵的数值模拟及与实验结果对比

采用数值分析方法对多相混输泵的内部流场及相应的运行特性进行了全面研究,建立了较为完善的计算流体动力学分析模型。计算过程采用非结构化网格,在三维时均N-S方程的基础上,应用标准κ-ε方程对混输泵内部三维湍流流动进行了数值模拟。利用数值模拟的结果分析了气液两相在泵内的流动状况,并对模拟结果和实验结果进行了对比。在设计工况时,数值计算得到的外特性与实验值吻合。远离设计工况时,预测的准确性下降,尤其在小流量工况下差别较大,原因是计算过程中残差出现振荡,很难达到收敛精度要求。     

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��To select flow regulating valve, the flow capacity must be calculated first. Using legal unit of measurement and through theoretical derivation, in this paper, some formulas for calculating the circulation capacity of flow regulating valve in two usual states are derived, and the computer programs and calculating examples are presented also.     

油--水两相流流型研究

油－水两相流动是石油工业中十分普遍的现象。研究油－水混合液的流变行为和它在集输管路里的流动规律,准确预测它的摩擦压降,对于油田集输管路的设计有着重要意义。本文扼要介绍了近２０年来国内外有关油－水两相流动的研究成果,包括油－水两相流动的流型,流型转换、流型和压降的关系等方面的一些理论和实验研究,并对未来油－水两相流研究的方向提出了一些看法。     

富氢气流量的测量与纯氢流量的计算

供需双方贸易交接计量以富氢气体中的纯氢量为准,由于测量的富氢气体中含有饱和水蒸气,随着温度的变化,其中的水蒸气与氢的体积分数均会发生变化,导致氢的平均相对分子质量不停变化,为测量带来困难。针对该问题,对比分析了涡街流量计方法、科氏力质量流量计方法、孔板流量计方法三种测量方案,最后选取孔板流量计结合热导式氢分析仪测量氢的体积分数,通过在流量演算器中进行密度补偿、干气部分计算、纯氢流量计算,实现了准确测量、数据可信。     

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。     

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��Based on the theoretical analysis and the experiments on two-phase flow in laboratory, some rules of the distributions of the porosity in two-phase gas bubble flow and the velocity under laminar flow and turbulent flow conditions are obtained.The pressure drop calculation method obtained from above results can be used to accurately determine the pressure loss of two-phase gas bubble flow.     

渗流-自由流动耦合试井模型

建立了耦合流动试井数学模型,在溶洞自由流动区,考虑流体的流体力学性质,在溶洞外的区域考虑地层渗流性质。对模型进行了数值和解析联合求解,得到了耦合流动模型压降、压恢试井曲线特征,分析了耦合流动模型流动规律,确立溶洞直径及体积、渗流区渗透率和溶洞边缘渗流区的表皮系数作为该试井模型参数体系,通过求解反问题可以确定溶洞大小等特征。     

采出液流速对流动状态的影响

大港油田沈家铺区块，官１９５区及官三北沙一区块原油粘度在２０００ｍＰａ·ｓ左右，个别油井的原油粘度达１５０００ｍＰａ·ｓ，造成抽油机负荷大，地面管线回压高，给采油及集输生产带来了很大的困难。通过掺水、加降粘剂等措施来改变油水流动形态，使其成为低粘度的水包油乳状液。１．采出液流速对流动状态的影响采出液在地面管线中随着流速变化，有以下６种形态：①层流ＳＴ；②界面处有混合的层流ＳＴ＆ＭＩ；③水层上方油分散在水中的分散流ＤＯ／Ｗ＆Ｗ；④油包水乳状液分散流Ｗ／Ｏ；⑤双向分散流ＤＷ／Ｏ，ＤＯ／Ｗ；⑥水包油乳…     

一种用于低流量测量的浮子流量传感器

针对目前广泛存在的日产量小于10m3的油井及目前所应用的涡轮流量计测量下限较高和易砂卡等问题,根据流体力学相关原理,建立适合低流量测量的理论模型,分析其中的影响因素,采用独特设计技术,研制出外径为28mm的浮子流量传感器。通过实验,确立油井流量在0～20m3/d变化范围内,所研制的浮子流量传感器的测量频率响应与被测液体流量之间为线性关系。在模拟仿真系统所能提供的水流量下限(0.24m3/d)和油流量下限(0.05m3/d)情况下,传感器仍有较高频率输出响应,表明所研制的浮子流量传感器适合低产液油井流量测量。     

双环径向反应器流场模拟

与传统的径向反应器相比,双环径向反应器具有床层压降更低、流程更短、流通面积更大的优点。本文根据Ergun方程和连续性方程,建立了双环径向反应器流体力学二维数学模型,来描述反应器中的流体力学行为。采用超松弛迭代法(SOR)来求解二维流体力学模型,并利用Powell算法确定内环隙中流体向内外侧催化剂床层分流分配的最优值。模拟结果显示出不同反应器尺寸下气体沿轴向布气均匀度和重时空速的变化趋势。该模型不仅可以用来分析现有工业脱氢反应器结构设计的合理性,还可以为新的双环径向反应器设计提供定量的参考依据。     

泡沫油流

泡沫油流是一种常见于加拿大和委内瑞拉很多重油油藏中 ,在液气驱生产阶段的气油两相非达西形态的油流。它不同于常规两相流 ,需有一个液相使其连续才能流动 ,并且其中包含分散气泡。本文首先从泡沫油流这一术语的含义开始讨论 ,然后简要回顾加拿大油田泡沫油流的生产实践。接下来对所涉及的孔隙规模机理和毛细力和粘滞力相互间的作用进行讨论 ;针对泡沫油流的数值模拟研究所提出的多种数学模型的优缺点进行了讨论