水平圆管固液两相稳态流动特性数值模拟

水平井油水流动特性是设计产液剖面测井方法和建立解释模型的重要依据,当油水中携带沙颗粒时,其流动特性变得更为复杂。通过基于Eulerian描述方法的混合代数滑移模型（MASM）,建立挟沙水或油混合相控制方程和边界条件,并且使用有限差分方法和逐次超松弛（SOR）迭代法建立数值解,以模拟水平井挟沙水或油混合相的各运动特性参数分布。模拟结果表明,主流速度分布随着颗粒相体积分数增大有向下偏移特点,并随着压降值降低而减小。水平井圆截面上颗粒相体积分数分布特征主要与主流速度有关,随着速度降低,体积分数分布值向下向两侧增大。此外,挟沙油混合相主流速度大于挟沙水混合相速度。混合代数滑移模型不仅能够很好地模拟混合相各运动特性参数分布特征,而且计算效率比较高。     

水平弯管内水合物浆液流动安全分析

以弯管系统中水合物浆液输送过程为研究对象,通过数值模拟对影响该系统中水合物颗粒最大体积分数的3个因素(入口水合物体积分数、流速和粒径尺寸)进行分析。结果表明:水合物粒径较小时,弯管系统中水合物最大体积分数与速度之间趋近于线性关系,而随着水合物颗粒粒径的增大,弯管系统中水合物的最大体积分数变化趋势趋于平缓;水合物浆流速较小时,弯管系统中水合物最大体积分数受粒径的影响较大,随着流速加快,水合物最大体积分数受粒径影响逐渐减小;增大浆液运行速度可以使得弯管系统中水合物最大体积分数会有一定的稳定性,但同时也会导致弯管外拱璧的压力增大、弯管内壁处压力急剧降低,加剧管道腐蚀,大大毁坏了管道结构。     

油水混合物在水平管中的二相流动特性研究

对内径40mm的钢管和有机玻璃管内油水二相水平流动时的流型、摩擦压降特性进行了详细的实验研究,结果表明:油包水向水包油的转变发生在含水体积分数约0. 4时。随含水体积分数的增大,油水二相流的摩擦压降先是急剧减小,其后在含水体积分数大于0. 4时压降变化趋于平缓。油水二相流的摩擦压降受含水体积分数、管壁润湿特性、管壁粗糙度以及混合物流速的影响,当二相流体处于水包油状态时,钢管内的摩擦压降比有机玻璃管内的大;而当处于油包水时,有机玻璃管内的摩擦压降则比钢管内的摩擦压降大。     

不同气速下喷动床喷泉区颗粒特性的模拟分析

以欧拉多项流模型为基础,对底角锥度为60°、床直径为0.44 m的喷动床内气固两相流的动力学特性进行了模拟研究,并对不同气速下喷泉高度、颗粒体积分数、颗粒速率的变化进行分析,结果发现喷泉高度与进口气速在u/ums=1.2～1.8范围内具有良好的线性关系,拟合度可达到0.9997。固体颗粒体积分数在轴心区域较高,随着径向距离的增加逐渐下降,且随高度的增加呈现先减小后增大的趋势;颗粒体积分数受速率的影响较大,随着喷动速率的增大,颗粒体积分数趋于减小,但减小幅度不同。颗粒速度在喷泉核心区随床层高度增大而减小。同一床层高度上的颗粒速度随气速的增加而增大,但增大值不同。     

基于雷诺应力模型的脱油旋流器流场特性研究

采用雷诺应力模型(RSM)对油水分离用水力旋流器进行了数值模拟,模拟出了循环流和短路流现象,得到了内部流场的轴向速度、径向速度和切向速度的分布规律;模拟结果与实验结果吻合较好,说明该湍流模型和计算方法的选取是正确的;另外,针对油相体积分数为2%,油滴粒径为40μm的混合介质进行分析,得出了油水二相的体积分数分布。在旋流器的轴心处油相体积分数最大,最大处混合介质中含油体积分数高达98.9%;在壁面附近体积分数很小,说明该水力旋流器的分离效果较好。通过数值模拟为进一步研究水力旋流器内部流场的分布和结构优化设计奠定了基础。     

油水混合流电磁分离装置分离特性的仿真研究

使用Fluent欧拉-欧拉多相流模型对电磁力作用下的油-海水混合流进行了数值模拟,并对电磁分离装置的分离特性进行了详细分析。分析结果表明:油水分离率随入口速度及油珠体积分数的减小而增大,随油珠粒径的增大而增大,并且存在一定的电磁力密度使其达到最大。入口速度及入口油珠体积分数越小、电磁力密度及油珠粒径越大,收油口含油率越高、排污测含油率越低。     

水平渐变管内油水两相流模拟研究

为优化油气集输管道局部管道结构,采用计算流体力学软件对水平渐变管内油水两相流进行数值模拟,对比不同含水率、不同入口流速条件下两相流流型,分析油水两相流在管道内的压力分布规律。结果表明,渐变管内油水两相流流型为水包油流型,管壁主要为油相润湿;渐缩管压力随流向位移持续下降,渐扩管先下降后上升再下降;整体压降速率与含水率成反比,与入口流速成正比。研究结果可以为优化稠油集输管网管道结构、降低管道流动能耗等油水混输问题提供参考。     

导叶式液液旋流器内油相浓度分布数值模拟

采用雷诺应力模型（RSM）和双流体模型对导叶式液液旋流器内的油相浓度分布进行数值模拟,考察了操作参数、物性参数和空气柱对油相浓度分布的影响,将模拟所得分离效率与实验结果进行对比,可靠性得到验证。结果表明：油水两相流场中,油相浓度随径向位置的增大而减小,随轴向位置的减小而减小;结合Stokes定律分析,发现在入口流速增大、油水密度差增大和入口油相浓度增大时,油相更易向轴心处聚集由溢流口排出,有助于提高分离效果;空气柱的存在从根本上改变了旋流器内原有油水两相的浓度分布规律。     

180°矩形弯管流场的实验测量和数值模拟

对180°矩形弯管内的湍流流场用智能型五孔球探针进行了测量，同时采用FLUENT 6.2对其进行数值模拟。流场测量和数值模拟结果表明：180°矩形弯管由于流体旋转产生的离心力导致了弯管内压力分布的变化，使弯管内切向速度发生变化。切向速度在流体开始旋转0°~60°区间内侧的速度增大、压力减小，外侧的速度降低、压力增大；当转过60°截面后，外侧的速度增大、压力减小，内侧的速度降低、压力增大。     

扭曲椭圆管内降膜蒸发特性研究

高效换热管有利于提高降膜蒸发器的传热性能,通过FLUENT软件对扭曲椭圆管内降膜蒸发过程进行研究,分析了液膜在扭曲椭圆管内的流动以及分布情况。研究结果表明:液膜在扭曲椭圆管内为螺旋流动,因离心力的作用会在垂直于主流方向产生二次流,从而增强对传热边界层的扰动;从壁面到液膜表面,液膜速度及压力都在逐渐增大,速度的变化率在逐渐地减小;相比于圆管,扭曲椭圆管内的液膜流动更为平稳,且液膜厚度的分布因扭矩的存在而具有一定的周期性变化规律;在扭曲椭圆管内,流体速度场与温度场的协同性相对来说比圆管的好,而速度场与压力场的协同性比圆管的差。     

水平管内水环输送模拟稠油减阻特性

基于自主设计加工并搭建的水环输送稠油减阻模拟管路系统,采用500^#白油模拟稠油,试验研究了稠油在水环作用下的水平管流阻力特性,分析了油相表观流速（0.3～1.0m/s）、水相表观流速（0.11～0.72m/s）及入口含水率（0.13～0.49）对水润滑管流流型特征及减阻效果的影响。结果表明：环状水膜可有效隔离并润滑油壁界面,油-水两相流流型总体上呈稳定的偏心环状流结构;水环输送可大幅降低管道输送过程中的压降,其压降值仅为相同油流量下纯油输送压降的1/55～1/27;当入口含水率为0.13～0.27时,水环输送的效能显著,输油效率均高于40;油相表观流速和入口含水率的增加会增大单位管长压降,降低水环输送的减阻效果和输油效能。     

迷宫螺旋泵水煤浆输送的CFD模拟及其内部磨损的初步探讨

迷宫螺旋泵是管道水力输送的关键设备,为了揭示其内部高浓度固液两相流动的规律,文章以固液两相流体力学理论为基础,在一定的简化与假设条件下,利用FLUENT中的前处理软件Gambit前处理器建立迷宫螺旋泵的几何模型,应用FLUENT计算流体力学分析软件及Realizable-k-ε模型,对水煤浆高速迷宫螺旋泵内部流场进行数值模拟和仿真,由模拟结果得知压力、速度、浓度、剪应力的分布情况,同时也对其内部的颗粒磨损机理进行了初步探讨。     

基于流固耦合的蒸汽发生器换热管结构应力分析

以核电站蒸汽发生器为研究对象,采用两流体模型描述二次侧汽液两相流动及沸腾换热,利用CFX对一、二次侧流体与换热管及支撑板的耦合流动换热进行三维数值模拟,在此基础上提取一、二次侧流体压力载荷,在Workbench平台中实现载荷向结构模型的传递,计算换热管结构应力。流固耦合计算结果表明：支撑板位置处二次侧流体流速迅速增大又快速减小,并且流体湍流耗散急剧增大造成二次侧流体压力损失增大;换热管压力应力取决于一、二次侧流体压差,整体平均压力应力约为58 MPa,与实际测量参数相符。     

稠油-水二相水平管流表观粘度的实验研究

以渤海稠油和水为工质进行尝试实验,作出了水平不锈钢实验回路(内径为25.7 mm,长为52 m)内稠油-水二相管流的流型图,并对管流的表观粘度及影响因素进行了实验研究。着重归纳了含水体积分数、温度等因素对二相管流表观粘度的影响规律,并对比分析了与旋转粘度仪测得粘度值的差异,研究结论对油田现场的油水混输管线的设计与安全运行具有较好的指导意义。     

管内速度分布的不对称性对均速管流量计测量精度影响的数值研究

针对速度分布的不对称性对均速管流量计测量精度影响的问题,利用计算流体力学(CFD)软件,对均速管流量计的内部流场进行了3D数值模拟。采用有限体积法,引入标准k-epsilon湍流模型对控制方程进行离散和求解,得出了均速管流量计在弯管后不同直管段位置和不同流速条件下的流场动力学参数;利用得到的差压模拟数据计算得出流量系数,并对测量精度进行了分析。     

Modeling of low viscosity oil-water annular flow in horizontal and slightly inclined pipes: Experiments and CFD simulations

To characterize the effect of pipe inclination, low viscosity, flow rate and inlet water cut on annular flow pattern, a low viscosity oil-water two-phase annular flow in horizontal and slightly inclined (+1°, +3° and +5°) pipes with diameter of 20 mm has been experimentally investigated. A modified VOF model based on the CFD software package FLUENT was used to predict the in-situ oil fraction and pressure drop. The experimental data indicate that annular flow appears at a medium-high water cut. The slip ratio increases with flow rate increase but decreases with increasing water cut. The changes are more significant as the degree of inclination increases. Pressure drop is strongly dependent on flow rate, as it increases rapidly as inlet flow rate increase. Good agreement between the experimental data and calculated results of slip ratio and pressure drop was obtained.     

SMV静态混合器内气液两相流压降的研究

以气-液两相流动的均相流模型为前提,运用流体力学计算软件对SMV静态混合器中的气液两相流的压力场进行模拟计算,分析其压降的规律,并与水平直圆管内压降和混合器内单液相流压降做了对比分析.结果表明:气液两相流流经SMV混合器的沿程压降及局部压降均随着雷诺数的增大呈现明显增大趋势,且管路总压降与元件数成正比;静态混合器两相流...     

用VOF法模拟导向立体传质塔板罩内两相流

利用计算流体力学中的VOF方法对导向立体传质塔板（CTST-8）罩内气液两相流场进行了数值模拟,用Fluent的前处理软件gambit建立物理模型,在速度梯度大的地方采用局部加密网格,根据计算结果进行网格的自适应。用Fluent 6.1 对CTST-8在板孔气速为8.4 m/s,清液层高度为25 mm的工况下进行数值模拟。模拟结果显示了罩内流场的三维特性,并反映出罩内流场的相含率分布,速度分布以及压强分布等。将罩内压强的测量结果与模拟结果进行对比,两者吻合较好。说明本文数值模型具有较好的精度,可以用于CTST-8罩内两相流场的预测。