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。     

幂律-牛顿流体圆管分层层流的数值模拟

从流体力学中N－S方程出发，建立了幂律－牛顿流体圆管两相分层层流流动的数学模型。通过幂律－牛顿流体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，从而得到了一组完整描述幂律－牛顿流体两相圆管分层流的数学方程，由于非牛顿流体的N－S方程是非线性，求解析解十分困难。通过巧妙的线性化方法，再通过数值求解幂律－牛顿流体分层流的数学方程，得到了对工程实际应用有重要价值的流动规律。应用幂律－牛顿流体圆管两相分层层流的流动规律，可以实现部分高粘幂律流体的高效输送，其节能效果十分惊人。     

宾汉流体在环空中流动时的速度分布规律

将宾汉流体的本构方程与运动方程相结合,利用因次分析方法,推导出宾汉流体在环空中作层流运动时的速度分布规律.根据速度分布规律,讨论屈服应力和压力梯度等参数对宾汉流体环空层流速度分布剖面的影响:屈服应力增加,宾汉流体环空层流流动的速度分布与牛顿流体环空层流时的速度分布之间的差异加大,且流核宽度随屈服应力增加而增加;压力梯度减小,宾汉流体环空层流流动的速度分布剖面愈扁平,即流核宽度增加.     

宾汉流体在环空中流动时的速度分布规律

将宾汉流体的本构方程与运动方程相结合,利用因次分析方法,推导出宾汉流体在环空中作层流运动时的速度分布规律.根据速度分布规律,讨论屈服应力和压力梯度等参数对宾汉流体环空层流速度分布剖面的影响屈服应力增加,宾汉流体环空层流流动的速度分布与牛顿流体环空层流时的速度分布之间的差异加大,且流核宽度随屈服应力增加而增加;压力梯度减小,宾汉流体环空层流流动的速度分布剖面愈扁平,即流核宽度增加.     

宾汉流体偏心环状管流的数值模拟

在调研了大量关于宾汉流体偏心环状管流的文献之后，发现大都是近似计算而不具有普适性。根据流体力学中N—S方程对层流的描述，再结合力学理论，对其流动界面提出严密而科学的界面耦合条件，得到了完整描述其流动的适定的偏微分方程组，通过计算机数值模拟，得到了它的流动规律，具有工程应用价值。     

水平圆管油水两相变质量分层流压降计算

以往对水平圆管中复杂流体介质的流动规律研究的对象均是对水平圆管单相和气液两相变质量流动,关于存在壁面入流条件的水平圆管油水两相变质量流动的研究较少。为此对水平圆管油水两相变质量分层流动进行了微元分析,考虑壁面入流对其中油水两相变质量分层流动压降的影响,分别对油水两相应用连续性方程和动量守恒方程,得出了水平圆管油水两相变质量分层流动的基本模型和压降计算模型。通过模型求解揭示了在壁面入流条件下沿水平圆管的压降规律,并分析了壁面入流、圆管直径、油相黏度和含水率等主要参数对其中压降规律的影响。计算结果表明,当油相黏度较大时,随含水率的增加,沿水平圆管压降降低;而油相黏度较小时,随含水率的增加,沿水平圆管压降升高。     

宾汉流体同心环空螺旋流数值模拟

钻井施工过程中，钻井液在环空中呈螺旋流动，准确又科学地计算这一流动的流场参数对优化钻井水力参数具有重要意义。由于宾汉流体的视粘度与轴向和旋转角速度紧密耦合，宾汉流体的本构方程又是非线性的，以及宾汉流体流核的存在，致使求解宾汉流体在环空中的螺旋流十分困难。通过全面调研。提出了一个直接利用拟线性化迭代法求解同心环空中螺旋流流场和流量，得到了极其重要的、完全有别于幂律流体的流动规律。该算法避开了求解非线性方程组及解析解中极难处理宾汉流体的流核两个难点。使用该算法一次迭代仅求解两个三对角线性方程组，利用追赶法运算速度快。时间短，精度高，收敛性得到可靠保证，为矿场作业中水力参数设计与科学实验提供了一个重要的科学依据。     

��ţ��������͸�Ծ���ƫ�Ļ��ն�ά����

本文研究了适合带渗透性井壁的偏心环空非牛顿流体二维运动微分方程式。提出了牛顿流体与宾汉流体在该偏心环空中流动的流场解析解及幂律流体流场的数值解。文中还导出了计算牛顿流体与宾汉流体在实际井眼内流动的压降与流量计算公式。     

变质量气液分层流动数值模拟

管内气液两相分层流动是管道输运和水平井采油中的重要研究课题之一,而气液界面是研究的重点内容,尤其有气泡穿过界面的分层流是水平井采油中有射孔注入时不可回避的流动现象,也是数值计算的难点所在。首先采用一维定常模型对分层流作整体研究,然后采用三维非定常模型进行数值研究,利用VOF方法捕捉气液界面,应用RNG湍流模式和有限体积数值方法计算圆管内三维非定常雷诺方程,得到了典型界面上有质量交换的分层流流场和界面上阻力变化的结果。     

偏心圆柱塞状管流的流动规律

在全面调研了国内外关于两相在管道中的偏心圆柱塞状管流的研究文献之后，发现几乎都利用经验公式或近似估计式进行水力计算，这与石油工业中两相流的广泛应用极不适应。根据流体力学中N-S方程对层流的描述，再结合经典的力学理论分析，对两相偏心圆柱塞状管流的相界面提出严密而科学的力学耦合条件，得到了完整描述偏心环状管流的适定的偏微分方程组，然后利用计算机仿真技术，得到了两相流中偏心圆柱塞状管流的流动规律，对石油工业具有重要的工程应用价值。     

聚合物在环形空间中雷诺数和临界流速、流量的计算

从非牛顿流体运动方程和幂律流体本构方程出发，导出了聚合物在环形空间中精确的流量，压差表达式，并由此得出雷诺数的计算公式；根据实验数据给出了聚合物在环形空间中流动的临界雷诺数，临界平均流速和临界流量的计算公式，为三次采油中的单管分层注聚合物提供了理论依据。     

屈服—假塑性流体轴向层流流场分析

文中对钻柱内和同心环空中屈服—假塑性流体轴向层流流场进行了分析,建立了轴向流速、流量、压力梯度、剪切应力,剪切速率、视粘度等参数的数学表达式。求解了钻柱内和同心环空中流核的大小,并与幂律流体及宾汉流体作了对比,绘制了上述参数在钻柱内与环空中的分布规律,为管道和钻井水力参数的设计与制定提供了科学依据。     

阻抗传感器在近水平油水两相管流的实验研究

生产测井动态监测中水平井受井身结构、井简流动状态、重力影响等因素影响使得流动介质分布、速度分布、流体的流型、流速削面、油水的分布状态等与垂直井有很大的不同.设计了小管径多相流实验装置,实验介质是柴油和水,设置了分别为3～60 m3/d的10种流量,含水率变化范围10%～100%;分别为85°、88°、90°、92°、95°等近水平状态下的5个角度对阻抗传感器进行了实验.实验结果表明,流量大于10 m3/d时的流型是分相的泡状流,阻抗的相埘响应不受角度的影响,响应规律与垂直井类似;流量低于10 m3/d时的流型是层流,阻抗的相对响应同时受到流量、含水率、角度的影响,在同一角度下受流量和含水率的影响;受油水滑脱现象影响.低流量下的相对响应高于高流量的,持水率高于含水率;受角度的影响,在90°、92°、95°时输出的相对响应出现了向下的趋势,85°、88°时输出的相对响应出现了向上的趋势.实验传感器是仪器短节,排除了集流伞漏失对流体流型的影响,完全反映流体在传感器内流道的真实流动状态,高速摄像机记录了流体随流量和含水率的变化.     

基于卡森流体的水平井波动压力预测新方法

针对水平井钻井过程中产生的波动压力问题提出了一种新的预测方法.以钻井流体力学理论为基础,阐述了水平井环空波动压力的流动物理模型,考虑管柱偏心对钻井液流动规律的影响,从一维稳定流动的基本方程和卡森模式的本构方程出发,引入卡森流体在水平井偏心环空轴向层流的流量模型,进而结合管柱在不同现场工况下的环空流量方程,使用mathematica软件进行数值模型的计算,最终建立了预测水平井各个井段波动压力的新模型.实例计算表明:该方法计算简单快捷,预测准确,对水平井钻井过程中的安全控制具有重要的指导意义.     

����Һ����ƫ�Ļ��յ��������ɼ���Ӧ��

根据相似原理，研究了幂律液体在偏心环空作层流流动时的流动规律，并建立了有关水力参数式及流态判别式。液体在偏心环空中流动的最大特点，在于不同间隙处流速流量的较大差异，从而引起水泥返高在不同间隙井段内也有很大的差别，影响其封固质量。文中应用该液体的流动规律及水泥浆与泥浆流变性能的相互关系，提出了保证固井注水泥时泥浆被驱替流动的基本条件和水泥浆在不同间隙处返至预定位置的方法。     

泡沫流体层流射流的数值模拟

泡沫流体是石油工程上广泛应用的一种幂律非牛顿流体，在泡沫流体冲砂解堵、泡沫钻井等作业中都要求解泡沫射流的问题。利用流体力学数值模拟软件FLUENT对泡沫流体轴对称层流淹没射流进行了数值计算，得到了射流区域的速度场和表观黏度场的分布，以及幂律指数和稠度系数对射流的影响。从计算结果可以得出，非牛顿流体层流射流的轴心无量纲速度分布具有相似性，但与牛顿流体的湍流射流轴心无量纲速度分布相比具有较大的差别，射流轴心的速度在射流出口处发生骤降；无量纲轴向距离小于3时，不同的K和n对轴心速度分布影响很小，无量纲轴向距离大干3时，K和n越大，轴心速度衰减越慢。这些结论与前人得出的一致，证明用流体力学数值模拟软件FLUENT对非牛顿流体层流射流进行数值模拟是可行的。建议应加强适用于非牛顿流体湍流模型的研究，实验的方法是研究非牛顿流体湍流射流的最直接方法。     

弹性油藏中多相渗流的流-固-热耦合数学模型

基于对油藏中三大物理场（流体力场，固体力场及温度场）的系统分析，综合运用渗流力学，岩石力学，热力学理论，建立了一个全新的油藏渗流的流－固热耦合模型，该模型假设岩石骨架是可变形的，油藏内热量按热力学定律自由传递，孔隙流体压力和热应力会导致岩石骨架的变形；反之，岩石骨架的变形又会导致储渗特性和孔隙流体压力的改变，还会导致温度场的改变。建立了安全耦合的流体渗流方程、岩石变形方程和温度场方程，三者之间互含耦合项，互不独立，只能联立求解。给出了模型的数值求解思路。该文所建立的模型实现了油藏中渗流、变形，变温三者间真正意义上的耦合，较之已有的油藏渗流模型更能反映油藏的实际，是对油藏传统渗流理论和流固耦合力学理论的发展，能广泛运用于石油工程许多领域，该模型同时也为编制流－固－耦合应用软件提供了理论依据。     

基于CFD的中心龙卷流型搅拌槽数值分析

中心龙卷流型搅拌槽是一种新型高效节能的搅拌设备,搅拌混合性能优良。运用CFD方法,对其内部流场进行数值模拟,分析比较了3种结构的导流板对槽内流体流动状况的影响,计算了搅拌功率准数并与已有研究成果进行了比较。计算结果表明:①中心龙卷流型搅拌槽的功率准数较小,节能效果显著。②导流板结构不同,对流场会产生比较大的影响。③导流板Ⅲ可在槽中心形成较为理想的中心龙卷流,有利于固体颗粒的悬浮。     

�ۺ���ϡ��Һ�ڶ�׽����е�ճ��ЧӦ

��This paper explains and discribes viscoelastic effects in some polymer solution flowing through porous media under laminar flow condition. The value of critical Deborah number measured with Wisenbao plate-cone rheologic instrument ranges from 0.02-0.05. The author considers that the NDeo value limit and accuracy calculated by the equations of Bird and stated by Zimm theory should further be studed.