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。  

基于数字模型的缝洞型油藏流体流动模型研究

利用充填溶洞的数字模型,建立了以Navier-Stokes方程为控制方程的N-S模型,模拟溶洞内流体的流动,并将模拟结果同渗流模型进行了对比分析.得出结论:溶洞内流体流动为层流时,可以利用达西渗流模型进行近似模拟,过渡流或紊流时,则可用Forchheimer非线性渗流模型近似模拟.对于溶洞内部流体的流动,N-S模型的模拟结果同渗流模型的模拟结果是类似的.这说明,缝洞流同渗流在本质上是统一的.这种统一性,可以利用管流理论进行解释.  

木头峪水源地廊道取水允许开采量计算

简要分析了廊道的水流特征,通过引入等效渗透系数,构建廊道取水的渗流-管流耦合模型,并用之于陕北佳县木头峪水源地廊道取水工程,确定了开采方案,同时计算了开采方案枯水期廊道取水的允许开采量,最终确定木头峪地下水廊道开采方式允许开采量为16 900 m3/d。建立的廊道取水数学模型能较好地反映廊道的水流特征。  

The calculation of mechanical energy loss for incompressible steady pipe flow of homogeneous fluid

The calculation of the mechanical energy loss is one of the fundamental problems in the field of Hydraulics and Engineering Fluid Mechanics. However, for a non-uniform flow the relation between the mechanical energy loss in a volume of fluid and the kinematical and dynamical characteristics of the flow field is not clearly established. In this paper a new mechanical energy equation for the incompressible steady non-uniform pipe flow of homogeneous fluid is derived, which includes the variation of the mean turbulent kinetic energy, and the formula for the calculation of the mechanical energy transformation loss for the non-uniform flow between two cross sections is obtained based on this equation. This formula can be simplified to the Darcy-Weisbach formula for the uniform flow as widely used in Hydraulics. Furthermore, the contributions of the mechanical energy loss relative to the time averaged velocity gradient and the dissipation of the turbulent kinetic energy in the turbulent uniform pipe flow are discussed, and the contributions of the mechanical energy loss in the viscous sublayer, the buffer layer and the region above the buffer layer for the turbulent uniform flow are also analyzed.  

渗流井取水数值模拟及应用

天然滤床渗流井取水工程是近年来发展起来的一种集取河流渗漏补给量的新技术，利用河床砂砾石层的净化作用，将河水转化为地下水以获得水资源。渗流井取水时，“渗流井—含水层”多种流态并存，水力条件复杂，边界条件很难确定。现以等效渗透系数为纽带将“井管”内外不同介质不同流态耦合起来，建立起渗流井取水的“渗流—管流”耦合模型。将所建模型应用于陕西省绥德县枣林坪水源地渗流井取水工程，计算了当地渗流井取水平水期、枯水期的出水量，最终确定允许开采量为47 600 m3/d。计算结果表明建立的模型能够较好地反映渗流井取水时的井流特征，对于指导渗流井取水工程的勘探、设计、施工有着积极的理论指导意义。  

低渗气藏产水水平井井筒压降规律研究

利用水平井开发低渗透气藏过程中,产水使得水平井筒压降规律异于井简单相压降,因此分析产水水平井井筒压降规律至关重要.该文基于气水两相渗流原理以及水平井周围椭圆形渗流场,考虑启动压力梯度、应力敏感性、滑脱效应以及高速非达西流动等因素的影响,定义气水两相广义拟压力,得到了低渗气藏中气水同产水平井地层渗流模型,并考虑水平井筒变质量流动,建立了地层两相渗流与井筒两相管流的耦合模型.实例分析发现:低渗气藏水平井井筒压降约为0.01 MPa,远远大于气藏单相井筒压降.由敏感性分析可知,随着水气体积比和滑脱因子的逐渐增大,井筒压降不断增大,而随着启动压力梯度和应力敏感指数的增大,井筒压降则不断减小.该文为低渗气藏气水同产水平井井筒压降规律的研究提供了新的思路.  

管壁均匀密集加糙圆管流的新总流机械能方程及流动数值模拟

能量(机械能)方程是水力学的理论基础;能量损失(机械能损失)的计算既是水力学乃至工程流体力学的主要研究内容之一,也是工程实际中颇为关注的问题。以往水力学中的能量方程系以重力场中理想不可压缩流体的伯努利方程为基础而得到,其既不能直接反映紊动对流动的作用,能量损失也无明确的表达式。本文在我们现有研究工作基础上,通过理论分析与数值模拟,得到如下成果:(1)构建了管壁均匀密集加糙圆管流的新总流机械能方程;(2)通过数值模拟,对管壁均匀密集加糙圆管流的机械能损失及其构成进行了研究。构建的方程包含了紊动的作用;研究成果表明,均匀密集加糙圆管流总流机械能损失与雷诺数及管壁光滑度有关,且可分解为与时均流速梯度相关的损失及与紊动耗散相关的损失两部分。  

管流与明渠层流的总流机械能方程及机械能损失计算

管流与明渠流同属流体力学中的内流,其总流机械能方程在水力学中称为总流能量方程.现有水力学中的总流能量方程是以理想不可压缩液体的伯努利方程为基础得到的,无法得到总流机械能损失的表达式.该文作者曾直接从黏性不可压缩流体运动的控制方程出发分别得到了管流及明渠流的总流机械能方程,解决了以上问题.考虑到层流条件下明渠流自由表面的变形特点,该文在前述工作基础上,将管流及明渠流在层流条件下的总流机械能方程进行了统一,同时还分别计算了管流(圆管、不同长短半轴比的椭圆管、不同宽高比的矩形管和不同内外径比圆环管)及明渠流(不同宽深比的矩形明渠)在层流条件下的总流机械能损失系数.结果表明:在同一雷诺数条件下,圆管层流的总流机械能损失系数比椭圆管层流、矩形管层流、园环管层流及较大宽深比的矩形明渠层流的机械能损失系数要小.  

超稠原油的流变学特性及流动特征研究

该文针对三种不同类型的超稠原油的触变性、屈服应力和黏弹性等开展了研究工作.实验首先采用HaakeRS6000旋转流变仪进行了流变学测试,结果表明随温度的上升,超稠原油的黏度、触变性和屈服应力均呈现出指数衰减的趋势;超稠原油表现出明显的黏弹性性质,且随频率的增大,样品从黏性主导转变成弹性主导.室内管道流动实验中,分别考虑温度、流速等因素研究了原油管道输运时的启动应力和流动规律,并将管流的测试结果与流变仪测量数据进行了对比分析,采用流变仪得到的在低剪切速率区间的流变学参数可以很好地应用于高剪切速率区的管道流动中.