用差压法测定Taylor泡在垂直环形管内静止液柱里的上升速度

弹状流是管内气液两相流中的常见流型.在垂直及倾斜管中,为了精确预测弹状流的含气率及压降,必须知道大泡即所谓Taylor泡在静止液体内的上升速度.采用差压的方法对Taylor泡在垂直同心环形管内的上升速度进行了实验测定,并将实验值与几种关系式的计算值进行了比较;对环形管的内管旋转对Taylor泡上升速度的影响进行了实验研究及一定的理论分析,并给出了一个预测Taylor泡在内管旋转的环形管液柱中上升速度的关系式.     

用差压法测定Taylor泡在垂环形管内静止液柱里的上升速度

弹状流是管内气流两相流中的常见流型，在垂直及倾斜管中，为了精确预测弹状流的含气率及压降，必须知道大泡即所谓Taylor泡在静止液体内的上升速度，采用差压的方法对Taylor泡在垂直同心环形管内的上升速度进行了实验测定。并将实验值与几种关系式的计算值进行了比较，对环形管的内管旋转对Taylor泡上升速度的影响进行了实验研究及一定的理论分析，并给出了一个预测Taylor泡在内管旋转的环形管液柱中上升速度的关系式。     

内翅片环形管内高粘度流体强化传热数值模拟

以空气、水和油为工作介质,采用层流及湍流模型对内翅片环形管内的流动与传热特性进行数值模拟,重点讨论粘度变化对内翅片环形管传热规律的影响。采用有限容积法对计算区域进行离散,采用SIMPLEC算法处理速度和压力耦合问题,固体壁面上的速度采用无滑移边界条件。结果表明,3类流体在湍流状态下,油的综合传热因子最大,并随着Re的增加而增大,当Re在8000以上时,其综合传热因子趋于饱和状态;在层流状态下,粘度越大,流体局部Nux越大,其入口段效应的影响范围越大。在层流到湍流范围内拟合出内翅片环形管的流动与传热准则关联式,为内翅片环形管及相关紧凑式换热器的工程设计及应用提供了理论依据。     

计算原油管路摩阻的一种新方法

分析幂律流体圆管层流流动特点，提出可用有效管流表现粘度及牛顿流体摩阻计算公式计算幂律流体的层流和紊流摩阻损失。针对热油管道工况特点，提出通过用旋转粘度计模拟测定管输原油流变性来计算摩阻的方法。     

幂律钻井液管流的f因子

依据幂律流体层流运动的基本规律和修正的Blasius紊流阻力公式,利用当量直径和当量雷诺数的概念,推导出两种流态(层流和紊流)、三种过流断面(圆形、同心环空及偏心环空)六种不同形式f因子的数学表达式,为幂律钻井液管流摩阻的实用计算提供了理论依据和简捷方法。     

基于SPS软件的原油管道水力摩阻分析

Stoner Pipeline Simulator软件是世界公认的用于长距离输油（气）管道设计、计算以及全线自动化控制模拟的高精度软件。应用SPS软件对某原油管道工艺模拟计算时,发现在某一输油温度范围内存在反常规律,即随着管道输油温度的上升,站间摩阻反而呈增大的趋势,针对反常现象进行研究分析。介绍了摩阻系数常用计算方法和SPS软件内置摩阻系数的计算方法;通过研究分析发现,流体从层流到紊流的过渡区,SPS软件对摩阻系数计算公式的选取发生了变化,为层流和紊流计算结果的加权平均数,由于紊流的摩阻系数曲线斜率大干层流摩阻系数曲线斜率,加权后摩阻系数出现随着温度上升反而增大的现象。     

杆式支撑换热器传热与流阻性能的实验研究

为研究杆式支撑换热器的传热和流阻性能,设计制造了壳程为空气、管程为水蒸气且可变结构参数的流体流动和传热性能热模实验装置。分别在单排、双排管间布杆,不同折流栅间距,以及层流状态(Re≤2300)、湍流状态(Re>2300)下测量了多组实验数据。应用多元线性回归分析将实验数据做回归处理,得出不同状态下传热准数和流动阻力准数关系式,为换热器的工程设计提供了理论依据。     

一种改进的预测连续油管环空摩阻压降的计算方法

在前期分析计算连续油管管内摩阻压降的基础上,进一步介绍了一种准确确定连续油管环空摩阻压降的计算方法,分析了管道几何尺寸,表面粗糙度,泵排量,流体性能,雷诺数,摩阻系数,偏心度等参数对层流态和紊流太时的环空摩阻压降的影响效果,对各参数的确定,给出了计算公式,并进行了实验验证,还列举了带内管的连续油管环空偏心影响效果的分析方法,较全面地阐述了连续油管的环空水力性能,并给出计算实例。     

弯曲连续管内流体运动机理与摩阻研究

井眼的弯曲直接影响连续管在井下的弯曲状态和连续管内流体的运动特性与摩阻。为此,分析了弯曲连续管内流体流动的运动机理,在此基础上根据流体力学原理建立了不同流体条件下弯曲连续管内流体摩阻计算模型。分析结果表明:弯曲连续管内流体的运动呈现断面环流和冲击波效应,这可能是引起弯曲连续管内流体复杂运动的力学机制;弯曲连续管内流体流动的断面环流和冲击波效应在一定程度上影响了连续管内流体的流态和摩阻;随着井眼曲率半径的减小和注入排量的增大,不同流体条件下弯曲连续管内流体的横向切力和摩阻随之增大;弯曲连续管内流体流动的横向切力和摩阻受弯曲段井眼曲率半径和注入排量的影响较大。研究结果可对弯曲井眼中连续管循环摩阻计算、受力分析和排量优选提供理论参考。     

清洁压裂液摩阻特性研究

在流动回路中研究了清洁压裂液的摩阻特性,对比了不同流速下胍胶压裂液和CFF清洁压裂液的摩阻系数。在相同流速下,CFF清洁压裂液比胍胶压裂液有更低的达西-韦氏摩擦系数。经过十余口井的现场施工试验验证数据表明,CFF清洁压裂的确具有十分优良的降摩阻性能,其降阻率可达78%以上。这种独特的性能对于深井压裂、小管柱压裂施工中降低摩阻减轻设备负荷,提高压裂水马力具有重要意义。     

H-B流体在小井眼同心环空中轴向层流的运动规律

根据不可压缩粘性流体力学及非牛顿流体流变学的基本原理,推导出Herschel-Bulkley流体在小井眼同心环空(合钻杆管体环空、钻杆接头环空及钻铤环空)中轴向层流的运动规律,分别得出了流量、流速和压降的简化解析式,定义了钻杆接头(或钻铤)环空当量长度和压降增比,给出了算例,为小井眼钻井工程的水力设计计算提供了理论依据和实用方法。     

Robertson—Stiff流体管流与环流轴向流动规律研究

RS模式是近年来提出的高精度流变模式,但由于缺乏与之相配套的钻井水力学方面的计算模式,影响了该模式的推广应用。文中从RS流体的本构方程出发,理论上推导了RS流体在钻柱内和同心环空中作轴向层流动时的流速、流量、压耗及流核尺寸的大小。对模式的验证结果表明,文中推导的模式可用于预测钻柱内和环空中水力参数的大小。     

Comparative Study of Yield-Power Law Drilling Fluids Flowing Through Annulus

An exact solution for calculating the frictional pressure losses of yield-power law (YPL) fluids flowing through concentric annulus is proposed. A solution methodology is presented for determining the friction factor for laminar and nonlaminar flow regimes. The performance of the proposed model is compared to widely used models as well as the experimental results of 10 different mud samples obtained from the literature. The results showed that the proposed model could estimate the frictional pressure losses with an error of less than 10% in most cases for both laminar and nonlaminar flow regimes, more accurately than the widely used models available in the literature.     

Comparative Study of Yield-Power Law Drilling Fluids Flowing Through Annulus

Abstract

An exact solution for calculating the frictional pressure losses of yield-power law (YPL) fluids flowing through concentric annulus is proposed. A solution methodology is presented for determining the friction factor for laminar and nonlaminar flow regimes. The performance of the proposed model is compared to widely used models as well as the experimental results of 10 different mud samples obtained from the literature. The results showed that the proposed model could estimate the frictional pressure losses with an error of less than 10% in most cases for both laminar and nonlaminar flow regimes, more accurately than the widely used models available in the literature.     

牛顿流体-宾汉流体的圆管分层层流的数值模拟

从流体力学中N-S方程出发，建立了圆管中牛顿流体-宾汉流体的分层层流流动的数学模型。通过两相分层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，得到了一组完整描述两相牛顿流体-宾汉流体的圆管分层流的数学方程，再通过数值求解，得到了对工程实际应用有重要价值的流动规律。应用圆管两相分层层流的流动规律，可以实现高粘宾汉流体的高效率输送，节能效果十分明显。     

气液两相环状流中夹带液滴特性研究

气液两相环状流中液体薄膜沿着管壁流动而速度较大的气核在管中心流动,通常速度较大的气核会夹带部分液滴。液滴夹带来源于沿着管壁流动的液体层的雾化速率和液滴沉积速率之间的平衡过程。目前大多数环状两相流的研究主要集中在对主要夹带现象的分析上。文中主要从夹带液滴直径、液滴速度分布和夹带分数3个方面进行夹带液滴特性研究。     

旋风分离器内非轴对称旋转流场的测量

采用相位多普勒分析仪研究了不同入口旋风分离器气相非轴对称流场。首先采用圆管层流实验验证测量系统的准确性,然后考察不同入口结构下直筒型旋风分离器内部流场的分布特点。实验测得的切向、轴向速度、湍流度分布与旋风分离器典型流场分布特点一致。对比3种入口结构旋风分离器测量结果发现,随着入口结构轴对称性逐渐增加,其内部流场分布的非轴对称性明显减小,旋转中心与旋风分离器几何结构中心之间的偏心距也明显减小,有利于提高旋风分离器的分离效率并降低因涡核摆动造成的摩擦阻力。合理地布置入口结构是抑制单入口旋风分离器非轴对称旋转流动,提高旋风分离器性能的有效手段之一。     

基于FLUENT的异径管管内流体流动特性分析

运用FLUENT有限元仿真软件,采用标准k-ε湍流模型,分别对规格DN350 mm×DN250 mm、DN350 mm×DN150 mm的同心异径管和偏心异径管进行流体流动的特性分析。结果表明,当流体从入口管流经变径处时,流速突然变化,产生扰动涡旋,使得静压值发生波动,继而出现最值;流速在变径出口处达到最大值,这使得异径管与平管段的接管处受到严重冲蚀,降低管道的使用寿命。建议在施工时在变径处应采用耐腐蚀性强的钢材或增加管道的壁厚,同时加强变径连接处的焊缝检测。