破乳剂与原油管道混合流动的数值模拟

原油开采过程中,原油遇水能够形成比较稳定的乳化液,添加破乳剂是快速高效脱去原油中水的最有效的方法。对破乳剂与原油两相混合的流动形态进行了数值模拟,得出破乳剂在不同速度、不同入口角度下加入原油管道后两相流动的速度分布图和浓度分布图。经过对比发现,当药剂入口角度为0°,药剂流入速度越大,越有利于破乳剂的扩散,破乳剂和原油的混合效果最好,就更有利于原油的脱水。     

考虑入流角的水平井筒混合损失模型

对水平井的孔眼入流处的微元段进行了流动分析,根据气、液两相的连续性方程、动量方程和能量方程,在相间不存在传质和等温稳态流动等条件下,得到了气、液两相的混合损失计算模型.根据得到的模型,计算了不同入流角条件下水平井筒混合损失的值,结果表明:入流角对混合损失的影响较大,在不影响产量等条件下,应尽量采用小于90°的入流角,有利于减小井筒的压降.本模型对改变传统的射孔方式、鱼刺型分支井和压裂水平井的研究具有一定的指导意义.     

冷却管内气液界面流动特性数值模拟研究

采用数值模拟的方法,并应用VOF多相流模型,对管内液膜的速度分布特性、管内动压力分布特性进行了分析,探讨了气液两相速度差与气液两相湍动能大小的关系及不同液膜入口厚度下的液膜流型。结果表明:液膜平均速度在轴向位置先增大,后趋于稳定;液体入口流量对液膜轴向速度分布影响显著;液膜沿管径方向速度梯度较大;管内动压力受液体入口速度的影响明显;气液两相速度差越大,湍动能越大;液膜入口厚度越厚,液膜越稳定。     

部分重力环境下水平方管内气液两相流动特性的数值研究

采用数值方法,基于流体体积模型(VOF)模型对部分重力环境下水平方管内空气-水两相流和制冷剂R134a蒸汽-液体两相流进行数值研究,通过对数值结果的统计分析,得到两种混合物在不同重力环境下的压降分布。结果表明,与常重力环境相比,部分重力下两种混合物的压降明显较大,且分别随气、液速度的增大而增大;相同工况下,R134a蒸汽-液体两相流的压降小于空气-水的压降。将得到的压降数值计算结果与均相流模型、Friedel模型和Chisholm模型依次进行了对比。重新根据分液相Reynolds数将流动分为层流区、过渡区和紊流区,并对Chisholm关系式进行了修正。结果表明,修正后的压降模型能较好地预测部分重力环境下的气液两相流动压降。     

起伏管路气液两相弹状流液弹特性实验

为了探究起伏管路中气液两相弹状流液弹频率与液弹长度随管路倾角、折算速度的变化规律,采用实验测量方法建立不同倾角的起伏管路,设置不同的气液折算速度.根据气液工质导电特性的差异,利用电导探针测量管路中不同工质通过探针时的电信号变化,得到不同工况下的气液两相弹状流流动特性参数.结果表明,气液两相弹状流的液弹频率与管路倾角无关...     

微通道气液柱塞流尾部流场三维实验研究

为研究微通道气液柱塞流尾部流场规律,采用三维Micro-PIV可视化技术对微通道气液柱塞流进行实验研究。通过对实验图像处理,绘制出微通道柱塞流气泡尾部区域的三维速度分布图。证实在气泡尾部附近区域的流场具有较大速度,气泡顶端存在滞止点。在气泡尾部区域存在两个对称的方向相反的环流区,增加了微流道在径向上的质量和动量混合。远离气柱尾部的区域,流场为层流,与单相流有类似的抛物线速度分布,即流道中心区域速度大,两边小。在气液界面和壁面之间的流体,运动较复杂,有可能流向气液界面,也有可能流向壁面或者回流。     

Level Set方程在气-液两相流分层流数值模拟中的应用

随着计算机技术和科学计算技术的发展,数值模拟方法成为研究气液两相流的一种重要方法.介绍了界面追踪的Level Set方法,并通过求解原始变量不可压N-S方程和Level Set方程模拟平行平板间气液两相分层流动,并得到不同气液相雷诺数时,气液相界面和截面流速随时间的变化情况,为研究气液两相流动提供了一个新的研究方法.     

气液交叉射流动力学行为的基础研究

为了模拟燃油在高速喷嘴内的快速蒸发混合过程,基于Eulerian-Eulerian方法,用RNGk-ε湍流模型建立了高速喷嘴内两相流流动的数学模型,数值模拟了高速喷嘴内气液两相交叉射流的流动规律.改变气液动量比和韦伯数等条件下的两相流场计算结果表明:动量比增大3倍时横向穿透深度略有增大;而较大的韦伯数能起到强化横向射流...     

基于Fluent的前混合磨料水射流高压管道流场的数值模拟

利用Fluent软件对前混合磨料射流技术高压管道中的液固两相流场进行数值模拟,得出了水、磨料在管道中速度云图和磨料的体积分数分布图,考察了磨料浓度,高压管直径及水流量等参数的影响。结果表明,磨料浓度越大,水和磨料在出口处获得的平均速度越小,实现水和磨料的充分混合的距离越长。在流量一定的情况下,随着管道直径的增大,水的入口速度减小,水和石英砂的出口处平均速度v减小,而在管径相同或入口速度相同的条件下,水流量越大出口平均速度越大,磨料的密度对出口速度影响不大,但密度大的磨料需要经过较长的距离才能和水实现充分完全的混合。     

气液固三相逆流化床内气液传质特性的实验研究和数值模拟

基于欧拉双流体模型,对液固两相进行拟均相处理,应用计算流体动力学(CFD)软件Fluent 6.3,对气液固三相逆流化床内气液传质特性进行了实验研究和数值模拟,考察了床内溶解氧浓度的轴径向分布规律,气液表观速度和液体黏度对气液传质系数的影响。从实验和模拟结果发现:在轴向上,溶解氧浓度由上到下逐渐增加并趋于饱和;在径向上,溶解氧浓度中心区域低,壁面附近高;气液传质系数随气液表观速度增加而增加,随液体黏度增加而减小,模拟值和实验值吻合较好。     

高含水期水平管油气水三相流动数值模拟

由于油气水三相间存在着不稳定的混合界面,在不同的条件下可产生多种流型。采用VOF多相流模型对水平管道中油气水三相流动进行数值模拟,得出在不同含气体积分数、含油体积分数、黏度及流速条件下油气水三相在水平管道中流动的相分布图。分析可知,在高含水期,随着含气体积分数的增加,流型由气泡流发展成分层流;随着混合物流速的增长,流型由分层流发展成段塞流。含气体积分数和混合物流速对流型有较大的影响。含油体积分数和原油黏度对流型的影响不明显。计算结果与相关理论比较吻合,对实际工程具有一定的指导意义。     

突变管段三相流流型研究

油气水三相流动极其复杂, 三相之间的混合界面稳定性较弱, 因此在不同的输送条件下存在多种流型。使用 VOF模型, 以突变管段内油气水三相流为模拟对象, 在气体体积分数、 原油黏度及流动速度等参数不同的条件下, 对流体在管内的流动进行了模拟, 得到了相应的相分布云图。研究结果表明, 气体体积分数及流速对多相 流流型具有很大的影响, 而原油的黏度对流型的影响不是很明显。     

喷气织机主喷嘴的流场分析

采用流体动力学软件NUMEC＆对喷气织机主喷嘴的气流流场进行了数值模拟,揭示了导纱管内不同截面上气流速度的分布,并对主喷嘴内部气流的轴向动压和马赫数分布进行了分析．结果表明,利用数值模拟研究主喷嘴流场特性方便、快捷,且精度也较高．     

液-液旋流分离器分离特性数值模拟

液-液旋流分离器内部流场复杂,现有实验条件难以得到较为清晰的流场分布和液-液两相分离过程,用马丁·休教授发明的F型液-液旋流分离器为研究模型,以取油水作为分离介质,采用计算流体动力学技术对液-液旋流分离器进行数值模拟分析.结果表明:液-液旋流分离器内部流场分布特征明显,并在圆柱段、大锥段、小锥段存在不同程度的循环流;其各截面切向速度和轴向速度分布规律与理论分析相一致,切向速度分布中在圆柱段、大锥段和小锥段上端组合涡特征明显,圆柱段和大锥段的轴向速度呈现双W形式;采用分散相模型追踪油滴运动轨迹,证明油水分离的关键在于油滴是否能够在分离区域进入内旋流.     

基于FLUENT的人工淹没射流喷嘴流场仿真

根据Fluent流体仿真软件和人工淹没射流喷嘴内流场的特点,基于流体力学基本理论,对人工淹没射流喷嘴进行了仿真研究。通过数值模拟计算,得到了人工淹没射流喷嘴的压力分布云图和速度分布矢量图和静压力分布图等。模拟结果表明,在人工淹没射流喷嘴的圆柱段存在速度最大值,射流在圆柱段出口处与周围的水产生了强烈的剪切作用,出现了流速不均匀和脉动现象,再加上圆柱段出口端明显的负压区,这些都为空化作用的产生提供了有利条件。     

含气率对导叶式离心泵内部流动的影响

为研究含气率对导叶式离心泵输送气液两相时内部流动的影响,基于延迟分离涡DDES(Delayed Detached-Eddy Simulation)湍流模型及Mixture多相流模型对导叶式离心泵进行非定常数值模拟,得到不同含气率下,模型泵内气相分布、压力分布、流线分布以及所选监测点压力脉动情况,并将数值模拟的外特性曲线与试验进行对比分析。结果表明:气相主要在导叶靠近蜗壳出口的流道、蜗壳靠近叶轮前盖板一侧以及出口段靠近隔舌一侧聚集;导叶出口处压力从靠近隔舌处沿顺时针方向逐渐减小;蜗壳隔舌至第Ⅰ断面内及出口段靠近隔舌侧均出现了回流区;蜗壳壁面从P₁点顺时针方向沿蜗壳至出口段静压值逐渐减小;随着含气率的增大,叶轮进口处低压区面积增大,导叶内压力降低;蜗壳出口段多个面积较小的回流区转变为几个面积较大的回流区;同一监测点静压值逐渐减小,隔舌处静压值受含气率的影响最大。     

Velocity distribution of the flow field in the cyclonic zone of cyclone-static micro-bubble flotation column

Laboratory experiments have been conducted to study the flow field in a cyclone static micro-bubble flotation column. The method of Particle Image Velocimetry (PIV) was used. The flow field velocity distribution in both cross section and longitudinal section within cyclonic zone was studied for different circulating volumes. The cross sectional vortex was also analyzed. The results show that in cross section as the circulating volume increases from 0.187 to 0.350 m³/h, the flow velocity ranges from 0 to 0.68 m/s. The flow field is mainly a non-vortex potential flow that forms a free vortex without outside energy input. In the cyclonic region the vortex deviates from the center of the flotation column because a single tangential opening introduces circulating fluid into the column. The tangential component of the velocity plays a defining role in the cross section. In the longitudinal section the velocity ranges from 0 to 0.08 m/s. The flow velocity increases as does the circulating volume. Advantageous mineral separation conditions arise from the combined effects of cyclonic flow in cross and longitudinal section.     

浅水流动环境中垂向缝隙射流的数值模拟

为探求浅水流动环境中缝隙射流的流动规律,提出射流的影响范围公式与流动转变条件.应用体积率（VOF）方法跟踪处理自由水面,利用重组化群（RNG）紊动动能-紊动耗散率（k-ε）模型,对浅水流动环境中垂向缝隙射流进行数值模拟.研究流速分布和自由水面位置,对比数值模拟与物理模型试验结果,分析流动转变条件.结果表明,计算结果与试验结果吻合较好,射流出口断面垂向流速分布符合半无限域中射流流速的衰减规律,流速场分布及自由水面位置在小流速比、临界流速比及大流速比下存在不同特性,自由水面隆起高度和流速比、水深比有关,射流对上游的影响距离随流速比增大而增大.     

Three-phase flow of submarine gas hydrate pipe transport

In the hydraulic transporting process of cutter-suction mining natural gas hydrate, when the temperature-pressure equilibrium of gas hydrate is broken, gas hydrates dissociate into gas. As a result, solid-liquid two-phase flow(hydrate and water) transforms into gas-solid-liquid three-phase flow(methane, hydrate and water) inside the pipeline. The Euler model and CFD-PBM model were used to simulate gas-solid-liquid three-phase flow. Numerical simulation results show that the gas and solid phase gradually accumulate to the center of the pipe. Flow velocity decreases from center to boundary of the pipe along the radial direction. Comparison of numerical simulation results of two models reveals that the flow state simulated by CFD-PBM model is more uniform than that simulated by Euler model, and the main behavior of the bubble is small bubbles coalescence to large one. Comparison of numerical simulation and experimental investigation shows that the values of flow velocity and gas fraction in CFD-PBM model agree with experimental data better than those in Euler model. The proposed PBM model provides a more accurate and effective way to estimate three-phase flow state of transporting gas hydrate within the submarine pipeline.     

水疗按摩喷头内部两相流流场的数值模拟

为详细了解水疗按摩喷头内的气液两相流流场,对喷头内部流场进行了数值模拟计算,并在数值模拟的基础上。分析喷头内流场的压力、速度、气相分布。找出原结构的不足。结果表明：进水管直角弯头处的压力和速度减小显示了管道方向的突然改变引起局部能量损失;根据数值模拟显示的负压区可指导设计进气管的最佳位置;气相分布显示,原进气管的非对称结构使气液混合不够均匀。将模拟计算结果与实验结果比较,证明数值模拟所用的计算模型是有效的,表明数值模拟可以用于喷头的结构设计指导。并为喷头的结构优化提供便捷的验证手段。