微细通道EHD两相流传热研究

以去离子水为工质,分别对1 mm×2 mm、2 mm×2 mm和3 mm×3 mm 3种矩形槽道进行了EHD两相流传热试验研究。结果表明,两相流饱和沸腾时,传热系数随着热流密度的增大而增大。在相同的热流密度下,槽道尺寸越小,槽道的饱和沸腾传热系数越大。在外加直流电压低于16 kV时,传热系数随外加电压的增加而明显增加;在16~20 kV之间,传热系数随电压的增加变得平缓;当电场电压高于20 kV后,传热系数随着电场强度的增加反而降低。这说明在EHD两相流强化传热中存在最佳强化电压。     

水平直管中气液两相分层流动压降的实验研究

为了探索气液两相流流动参数变化对水平圆管中气液两相分层流动压降的影响及压降的计算方法,在天津大学双闭环中压湿气实验装置上开展了实验。实验工况为:压力为0.2~0.8 MPa,气相表观流速为6~12 m/s,质量含水率为0~79.6%,管道直径为50 mm,实验压降测量长度为3 m。实验结果表明,压力、气相流速、质量含水率等参数都会影响水平圆管两相流动压降的大小,其中含水率是影响压降的关键因素。选择经典的Chisholm模型和考虑相界面形状对两相摩擦系数影响的ARS模型进行压降预测,预测结果:平均误差分别为25.89%和11.56%,不确定度分别为29.44%和11.88%。进一步分析截面含气率与摩擦系数对Chisholm模型压降计算值的影响,得知摩擦系数是其中主要的影响因素。将两相摩擦系数与单相摩擦系数的比值引入Chisholm模型对其进行修正,修正之后的Chisholm模型压降计算值平均误差为11.27%,不确定度为14.66%。     

倾斜管内高黏油水两相流的数值模拟

采用Fluent三维数值模拟方法研究了倾斜管内高黏油水乳化前后的流动状态,从流型与压降两方面总结了油水两相流的流动规律。实验结果表明,乳化前油水两相流的流型呈现油水交替、泡状流、水塞流、弹状流和环状流,而乳化后则以分层流、分散流、分层流且带有水包油为主。在一定倾角和入口流速下,管内压降随含水率的增加急剧减小;在一定入口流速和含水率下,管内压降随倾角增加逐渐减小。正交实验结果表明,入口流速对压降的影响最大,含水率次之,倾角的影响最小;最优组合为倾角20°、入口流速0.4 m/s、含水率40%。     

高气液流速下垂直管两相流实验及数值模拟研究

为了弥补高气液流速下垂直管气液两相流流动实验和理论研究的空白,以水和空气为实验介质,在多相流实验平台上进行了垂直向上的高气液量下两相流实验研究。采用内径为60 mm、长9.4 m的透明有机玻璃管,利用高速摄像仪记录实验过程中的流型;在实验的基础上,利用Fluent软件对垂直上升管内气液两相流动过程进行了数值模拟。实验结果表明:在高气液量下,垂直向上管中出现的流型主要为搅混流、环状流和细束环状流,泡状流和弹状流所占的比例很小;压降波动曲线变化与流型转变间存在相关的联系。     

基于Fluent的管道内水合物浆液流动特性数值模拟

利用ANSYS Fluent 14.0对R11水合物浆液在弯曲管道中的流动情况进行了模拟,考察了水合物颗粒密度和颗粒平均粒径对管路压降梯度和水合物颗粒体积分数分布的影响。结果显示,水合物浆液的压降梯度和颗粒平均尺寸均随着水合物密度的增加而增大,但水合物颗粒粒径的增加使得压降梯度降低。此外,增大水合物颗粒密度和平均粒径均促进了水合物向管壁聚集,出现了较大的体积分数分布梯度。水合物颗粒沉积特性表明,对于体积分数为14%的水合物浆液,当流体速率小于0.40 m/s时,水合物颗粒会沉积在管壁上,引起管道堵塞;当流速为0.10 m/s时,水合物颗粒沉积床层厚度可达14 mm,随着流速的增加,床层高度减小。     

有入流分支管路的多相流动压降规律实验研究

对于采液指数较高的油井,水平管路压降预测准确与否,将会显著地影响油井产量的预测结果。结合生产实际,在多相管流实验平台的基础上,设计并建造了水平管路变质量流动实验系统,针对水平管路变质量流动规律进行了气液两相变质量流动实验研究,并拟合得到符合实际流动特征的阻力系数计算新方法。实验结果表明:通过拟合无滑脱气液两相流阻力系数与两相流动雷诺数得到的拟合公式,能够用于水平有入流管路多相管流的压降预测;气液比较大时,侧流对压降没有明显的影响;气液比较小时,侧流存在会增大压降。     

水平井筒分层流型压降计算模型研究

井筒流动是一种沿井筒不断有流体流入的变质量流体流动 ,因此其压降计算有别于常规管流。在混合损失计算模型的基础上 ,应用动量守恒原理推导出了新的水平井筒气液两相分层流型压降计算模型。该模型较全面地考虑了井筒流动各方面的参数 ,将井筒压力损失划分为摩擦损失、加速损失、重力损失和混合损失等 4部分 ,其中加速损失主要源于径向流入引起的加速损失 ,以及由于持液率的变化引起气、液流速变化而导致的加速损失。计算实例表明 ,水平井筒气液两相流动中的井筒压降均随着管壁入流量和轴向流量的增加而增大 ;入流角对井筒压降的影响主要表现为混合损失占井筒损失的比例随入流角的增加而增加 ;新的水平井筒压降模型与油藏渗流相耦合 ,可为水平井产能研究提供理论指导。     

水平井筒气水两相流动压降规律研究

采用水平井开发有水气藏时,由于水平井中复杂的两相渗流规律以及水平井筒中特殊的流动状态,使得当流体从孔眼流入时会对水平流动产生显著影响,造成常规水平圆管气水两相流动规律不适用,其突出表现为流动中的压降变化。为了探索水平井筒气水两相流动压降分布规律,运用划分微元段的思想,建立了水平段一维混合流动井筒压降计算模型,在此基础上建立了水平气井携液模型,并采用Fluent流体仿真软件模拟气水同产水平井筒内的混合流动。研究表明,随着主流流速的增大,井壁摩擦压降、孔眼粗糙度压降以及混合压降都增大;井径的增加导致井壁摩擦压降和孔眼粗糙度压降都减小;而流体黏度只对孔眼粗糙度压降产生影响,增加黏度会引起粗糙度压降的增加。数值模拟结果表明,从井筒指端到跟端,流量增大,流速增大,孔眼入流会产生压力降,沿程总压力减小,符合井筒流动压降的原理。     

喷射式超重力旋转床的流体力学与传质性能的研究

采用空气-水物系和乙醇-水物系在喷射式超重力旋转床(简称喷射式旋转床)(转子直径为260mm,高45mm)中进行流体力学与传质性能实验,考察了F因子、喷淋密度和转子转速对喷射式旋转床压降和传质性能的影响。实验结果表明,喷射式旋转床压降随F因子、喷淋密度和转子转速的增加而增加;由实验数据回归得到压降关联式,干床压降的平均误差为8.7%,湿床压降的平均误差为10.5%;等板高度随转子转速和F因子的增加而减小,装有液体分布器时的等板高度比无液体分布器时的等板高度降低20%～50%。喷射式旋转床具有压降低和传质效率高的特点,尤其适用于高真空和热敏性物料的分离。     

裸眼完井水平含水气井分层流井筒压降计算研究

运用微分的方法对裸眼完井水平含水气井分层流的井筒压降进行了研究,针对气液两相分层流动特点,结合裸眼完井的井壁均匀入流的实际流动情况,推导出了适合计算裸眼完井水平含水气井分层流井筒压降的简单实用公式.在推导的过程中进行了如下假设:液相为不可压缩的牛顿流体;相间不存在传质;等温、稳态流动;不考虑滑脱效应,气相和液相的流速相同;井筒中气相、液相的密度为常数;忽略井壁入流引起的混合损失.采用所推导出的公式对不同井径裸眼水平气井的井筒压降进行计算,得到了水平井段的压降及水平井筒中的压力分布情况.计算结果表明在井径较小时井筒中的压降较高,因此在进行气井产能预测时不能将其忽略.水平井筒的井径对井筒压降的影响非常大,增大井径会很大程度地减小水平井筒中的压降,增加气井的产能.