水平管内汽液两相流流型及换热特性数值模拟

为研究水平管内相变汽液两相流动流型变化,使用VOF模型和RSM湍流模型对其进行了数值模拟,分析了水平管内对流换热、压降及流型的变化．模拟结果表明:VOF模型和RSM湍流模型可用于模拟两相流流型中的泡状流、分层流、波状流、弹状流以及环状流;模拟结果与Mandhane流型图基本吻合;对流换热系数及压降与已有关联式吻合较好．     

垂直上升管内油气水三相流动摩擦阻力压降特性的研究

对垂直上升管内油气水三相流动摩擦阻力压降特性进行系统的理论研究,建立了泡状流、间歇流和环状流摩擦压力降的理论模型,并以35号润滑油,空气和自来水为实验介质,对垂直上升管内油气水三相流动各流型的摩擦阻力压降进行实验测量,最后实验结果与理论计算结果相吻合.同时在实验中得出了垂直上升管内三相流摩擦压力降在不同含水率和不同折算液速下随折算气速变化的关系曲线.     

并联硅基扩缩微通道内气液两相间歇流型与压降特性

采用以IDT高速摄像仪和Nikon生物显微镜为主体的可视化观测系统,实验研究并联硅基扩缩微通道内氮气/水气液两相间歇流型及压降特性.随气液两相表观流速变化,间歇流子流型依次呈现环状/单相液体交替流型、弹状/环状/单相液体交替流型、弹状/单相液体交替流型、雾状/弹状/单相液体交替流型和雾状/单相液体交替流型,得到不同气液两相表观流速下并联扩缩微通道流型分布图.研究表明,均相流模型的压降计算结果同实验值有较大出入.尽管分相流模型在一定程度上引入了气液两相的相互作用,其预测结果好于均相流模型,但是仍无法精确地描述并联扩缩微通道内氮气/水气液两相的运动与空间分布.     

水煤浆管道输送数值模拟研究进展

水煤浆是一种具有复杂流变特性的非牛顿流体,对水煤浆管道输送的流型和内部结构进行数值模拟可实现水煤浆流动的可视化,弥补实验研究的不足。从两相流理论和非牛顿流理论出发,综述了水煤浆管道输送数值模拟的主要模型和方法并进行了分析比较,考虑了水煤浆中添加剂对不同模型的影响,最后得出水煤浆管道输送数值模拟较合理的模型是非牛顿流模型。对目前各种模型和算法中存在的问题,提出今后发展的方向。     

T型毛细管中气液两相流型及Taylor流的数值模拟

运用FLUENT求解器中的VOF模型对T型毛细管中气液两相流型进行数值求算,模拟出不同气液相表观速率下的各流型变化及Taylor流流动,并考察了气液表观速率、接触角以及毛细管内径对Taylor流流动特性的影响。研究结果表明:通过改变气液两相的表观速率,观察Taylor流中的气液柱长度的变化,发现得到的模拟值和实验值在一定范围内非常吻合;气泡长度和液柱长度分别随着气相表观速率和液相表观速率的增大而变长;随着接触角的增大,Taylor流中气液柱的长度会呈现凹函数的线性变化,但整个过程波动范围均在15%以内,这表明接触角对Taylor流的流动影响不大。     

水平管气液两相流流型的压差波动特征

气液两相流的流型对其流动和传热特性有很大影响，所以如何确定流型一直是两相流研究中的重要课题。通过大量实验，测量了各流型在各种工况下的一些流动参数，包括：压力、温度、各相的流量以及实验段的压差波动时间序列。通过对实验段压差波动信号的分析发现，压差波动信号能很客观地提供流型的信息，可以用来识别流型。     

水平井气水变形泡状流测井分析模型实验研究

变形泡状流是水平井气水两相石油开发测井过程中最为常见的流型之一,为建立适用于此流型的测井分析模型.在16 m长、可任意倾斜的透明实验环路上,以空气和自来水为介质,利用实际测井仪器串,对井斜75°～90°达到稳定的气水变形泡状流动进行实验测量,通过把握实验过程中变形泡状流的流动特性及机理,选择以漂移流动模型为基础进行理论推导修正.基于实验数据的模型检验证明,实验数据符合修正后模型反映的流动规律.依据实验数据计算的相分布系数与漂移速度系数,体现了水平及近水平井眼中仪器串对井筒内原有流动状态的干扰.分析模型能同时反映水平井气水变形泡状流测井过程中的流动机理以及仪器测量对流型的影响,适用于水平井气水变形泡状流测井解释.     

倾斜下降管内气-液两相流流型PSD特征

气液两相流的流型对其流动和传热特性有很大影响，所以如何确定流型一直是两相流研究中的重要课题。对倾斜下降管内气液两相流流型的鉴别进行了实验研究。结果发现：利用压差的时域信号和信号的功率谱密度函数(PSD)，可以客观地判别流型。     

摇摆状态下水平管内气液两相流流型转换研究

以空气和水为工质,对摇摆状态下管径为25mm有机玻璃管内两相流流型转换规律进行了实验和理论研究.依据稳态条件下的流型转换机理,通过考虑摇摆引起的附加惯性力的作用,确定了影响分散泡状流和环状流型转换的主要因素,进而提出摇摆状态下分散泡状流向泡状流或间歇流和环状流向分层流 间歇流或间歇流型转换的准则关系式.并将该理论模型与实验数据以及稳态条件下的半理论公式进行了比较,结果表明新准则关系式要比稳态关系式能更好地预测摇摆状态下流型转换边界.     

含气成品油管流中的声传播特性

从声速传播及流体体积弹性模量的定义出发,不考虑两相流复杂的流型划分,不研究某一具体流型下的声速,按照流体定义体积弹性模量的方法,定义气液两相流体的弹性模量,得出声速在两相流中的传播公式,再根据气液两相的密度、体积分数、热交换状态、管道刚度以及约束条件的差别进行简化.分析含气成品油中声速与空隙比、压力及液体特性之间的关系,所得到的结果对于研究含气成品油管道输送的水力瞬变具有一定的学术价值.     

倾斜管内油水两相流数值模拟

倾斜管内的油水两相流流动是油田地面集输管道内最常遇到的流动现象。采用VOF在不同含水率和混合流速条件下对不同角度的倾斜管内的油水两相流进行数值模拟。通过计算可知,管内流型受管道倾斜角度影响。倾斜管内的油水两相流压降与含水率和流体混合流动速度有关,倾斜管内流体压降随含水率的增大而减小,随流体混合流动速度增大而增大。倾斜管压降计算公式对高含水期的油水两相流压降规律预测同样适用。     

水平T型管中油水两相流流动数值模拟研究

针对我国稠油油田较多和油田含水率高的特点,运用VOF多相流模型对地面集输管网中较为常见的水平T型管内油水两相流流动进行数值模拟。给定条件下中质稠油含水率为80%,流速1.5m/s,模拟结果为油水两相流属于水包油型分散流型,水作为基本相,油为分散相。分支前主管段内压力值以300Pa/m的速率线性减小,分支处主管段内压力值有所增大,而后随着流动线性减小,分析了支管段内油水两相流的压力降机理。研究结果对于优化管网结构、合理设计管道参数、管道腐蚀与防护具有重要作用。     

气液并流通过波纹筛板填料的流体力学性能

脉冲流是堆叠筛板填料中的一种特殊流型，因其具有较高的传质传热效率而受到关注。本文从强化气液相互作用、扩展脉冲流操作区域的角度提出波纹筛板填料，并通过实验研究了三种规格波纹板填料中的两相流压降特性和脉冲流行为。结果表明，与普通筛板填料相比，波纹板填料中脉冲流的操作范围显著扩展、脉冲流强度也同时增强；突出特点是，脉冲流的出现有一起始液量，且该起始液量随着孔径的减小而减小，筛孔较大的两种波纹板填料中出现脉冲流的起始液量相较于普通筛板显著降低，三种波纹筛板脉冲流操作区域的上限气量均显著提高。波纹板填料中两相流压降的变化以及操作参数、孔径及开孔率等结构参数的影响规律类似于普通筛板填料，两相流压降随着气、液流量的增加而增大，随着板数的增加呈线性增加关系；筛板孔径和填料开孔率的减小都导致压降的增加，二者影响的显著性是相对的且与两相流量有关；由于流动不规则性增强，波纹板单板压降同比高于普通筛板。综合实验数据，提出了波纹筛板填料的干、湿板阻力系数关联式和脉冲流操作区域的上、下限气、液相雷诺数关联式，其预测值与实验结果相对偏差均在15%以内，可供波纹板堆叠填料的应用设计参考。     

油气两相流温降计算方法的研究

油气集输管线的沿程温降主要与压降、总传热系数有关,而油气两相流在沿程的流动过程中不稳定,流态多变,导致了压降的计算方法有着很大的区别。在考虑了平均含气率与焦耳-汤姆逊效应对温降的影响后,建立了集输管线的油气两相流温降数学模型,采用了贝克流型划分法对油气两相流进行计算,其计算结果优于苏霍夫公式所计算的结果,说明了该计算方法能够提高油气两相流温降计算的精度。     

水平管内油水两相分散流反相特性研究

油水分散流是液液两相流中的基本流型之一,在流动过程中会有反相现象发生。油水管道在反相点及其附近运行时,流动特性会发生改变,压降急剧增大,对管道的运行产生极不利影响。对三种不同粘度的油品的反相特性进行了研究。研究结果表明：不同粘度的油品反相时其压降特性不同,主要表现在＂爬坡＂和＂跳跃＂特性不同、在水到油与油到水实验反相时的压降梯度特性不同,形成油包水分散体时与水包油分散体时的压降梯度不同,而远离反相点处的压降梯度相差不大;混合流量对两相共存区的宽度的影响与油品的粘度有关;相同流量下,两相共存区的宽度随着粘度的增加而减小;反相前后液滴粒径形状不同,水到油实验中出现二次分散体。     

基于高阶谱的气液两相流差压波动信号的分析

针对水平管气液两相流差压波动信号的非高斯特性，提出了一种基于高阶谱技术的差压波动信号分析的新方法.通过对气液两相流差压波动信号的双谱分析，提取了不同流型下信号的非高斯特征.以信号双谱幅值的平均值作为特征值，对不同流型下信号偏离高斯分布的程度进行了定量地分析，并讨论了在不同管径下不同流型的差压波动信号的双谱特性及非高斯特征.实验结果表明，提取的特征值反映了信号偏离高斯分布的程度，据此可以作为气液两相流流型转变的判据.     

埋地混输管道温降计算分析

油气集输管线的沿程温降主要与压降、总传热系数有关,而油气两相流在沿程的流动过程中不稳定,流态多变,导致压降的计算方法存在较大差别。在考虑了平均含气率与焦耳-汤姆逊效应对温降的影响后,建立了集输管线的3种油气两相流温降数学模型,采用了贝克流型划分法对油气两相流进行计算。结果表明,用液体持液率H1代替质量含气率Xwg计算多相流的混合比热Cp,能够提高油气两相流温降计算的精度。     

倾斜下降管内气（汽）─液两相流动特性研究

本文以空气─水为工质，对倾斜下降管内气─液两相流流型和摩阻压降进行了理论和试验研究。采用压差波动法测定流型，获得了不同流型下的压差波动信号。根据试验结果，绘制了不同倾角下的流型图，得到了四种主要流型的转换关系式。采用以分液相摩擦折算系数和马蒂内利参数Ｘ２的关系整理了倾斜下降流动摩擦阻力试验结果。在理论分析基础上结合试验结果，提出了三种流型下摩擦阻力计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。     

油田气液二相流混输的管道压降计算

本文由流体力学的基本原理出发,根据二相混合流里单位质量体积的关系,利用数学方法,推导出一个二相混合流在圆断面管道输送的压降计算的收敛迭代格式——华北油田公式Y~((n 1))=Y~((n)) (A-Y~((n))(1n(1-Y~((n))/A)-F)/1 Y~((n)-A)并根椐华北油田的实验数据,与国内外现用的十个著名公式作了对比计算,结果表明华北油田公式优于其它公式,可以作为规划设计油田时的参考。