集输管道弯管内油水两相流压力变化数值模拟

油水两相混合流动是集输管路中经常遇到的现象,研究压力变化规律对集输管道的设计和运行有重要意义。采用VOF模型,在不同含水率和流动速度条件下对油田地面集输管道弯管处的油水两相流进行了数值模拟。对计算结果进行分析的结果可知,两相流的含水率和流动速度对弯管处的压降有很大影响;弯管内两相流的压降随含水率的增大而增大;在弯管内壁压力减小的同时速度增大,在外壁压力增大的同时速度减小;增大流速时,高含水率的油水两相流的压降先减小后增大。     

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。     

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。     

水平微通道内油水两相流压降实验研究

测试了油相及水相流体在水力学直径为895 μm的矩形铜基微通道内的单相及两相流摩擦压降,并将实验数据与已有的单相及两相流摩擦压降预测模型进行对比。主要考察油相、水相质量通量及两者比率对摩擦系数及压降的影响。结果表明,油的摩擦系数显著高于水的摩擦系数,Hagen?Poiseuille方程能够准确预测微通道内油或水的单相流体压降;油相及水相质量通量均显著影响液?液两相流压降,油水两相流体流量越大,油相含量越高,两相摩擦压降越高;Cicchitti模型能够相对准确地预测油水两相流体混合黏度。为提升预测准确度,建立了油水两相流摩擦系数预测关联式,预测值与实验值吻合较好。     

倾斜板上热质反向扩散的数值分析

用数值方法研究了倾斜板上热及物质扩散共存且扩散方向相反时的流体流动及传热传质,得到了速度、流线、温度和浓度分布以及传热传质速率随倾斜角度和浮力比的变化规律。研究结果表明:流体速度、努塞尔数Nu和修伍德数Sh均随倾斜角度的增加而增大,当θ>60°时,倾斜角度的变化对传热传质的影响减小,Nu和Sh数的变化趋于平缓。倾斜角度相同时,Nu和Sh随浮力比|B|的增大而增大。     

水平90°弯管内固液两相流动的数值模拟

为研究90°弯管内固液两相流动特征,采用多相流混合模型对水平90°弯管内水和沙粒固液两相流动进行数值模拟,分析弯管典型横截面上二次流现象,讨论其发展变化对沙粒浓度分布的影响。模拟结果显示:当Re=5×104时,随着入口沙粒浓度升高,弯管出口横截面中心区域混合流体速度趋于更均匀分布,随着入口沙粒直径增大,沙粒快速积聚于管道下侧,形成堆积;当Re数增大到2×105时,在相同沙粒直径下,弯管出口横截面混合流体速度分布变化不大,除管道下侧区域外,沙粒浓度分布变得更均匀。与实验结果对比表明,该模型可用于弯曲管道内固液两相流动特性的有效计算。     

水平突变管内油水两相流数值模拟

采用计算流体力学中VOF模型对水平突扩管和突缩管内油水两相流进行数值模拟,两相流中原油为中质稠油并且含水率较高,从50%到80%不等。结果表明,不同含水率油水两相流在突扩管和突缩管内主要为水包油流型,在管径突变处压力波动变化明显,但含水率从50%变化到80%时对压力变化趋势影响较小。得到的不同含水率油水两相流在突变管径管道中的流动规律,可为原油集输管网油水两相流混输问题提供参考。     

水平90°弯管内固液两相流动的数值模拟

为研究90°弯管内固液两相流动特征,采用多相流混合模型对水平90°弯管内水和沙粒固液两相流动进行数值模拟,分析弯管典型横截面上二次流现象,讨论其发展变化对沙粒浓度分布的影响.模拟结果显示:当Re=5×104时,随着入口沙粒浓度升高,弯管出口横截面中心区域混合流体速度趋于更均匀分布,随着入口沙粒直径增大,沙粒快速积聚于管道下侧,形成堆积;当Re数增大到2×105时,在相同沙粒直径下,弯管出口横截面混合流体速度分布变化不大,除管道下侧区域外,沙粒浓度分布变得更均匀.与实验结果对比表明,该模型可用于弯曲管道内固液两相流动特性的有效计算.     

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。     

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.     

三相流环状集输管网运行费用优化研究

实际生产过程中要保证安全混输就不能一味降低掺水量、温度或压力,需要注意他们之间的匹配关系,综合分析掺水量、温度和压力对总运行费用的影响。三相流环状集输管网运行费用的研究是通过环状集输管网的物理模型、管内油气水三相流之间的温降模型,建立以降低管道运行费用为目标函数的数学模型。分析了掺水量、温度和压力与总运行费用之间的变化关系,找到了掺水量为影响运行费用的主要因素,掺水温度次之,掺水压力影响最小,而且得到管道总运行费用的最优方案。     

T形多分支管气液两相分流特性的数值模拟

T形多分支管分离器含有复杂多分支结构,广泛应用于两相及多相流研究中.借助流体模拟仿真工具Fluent,模拟了不同时刻T形管中油气两相流动情况,得到了各分支管内油气分离特性及进出口处的质量流量数据.结果表明,当油气两相混输液流经T形管时,重力的作用使管道中的油气两相分布不均匀;随着时间的增加,顶部汇气管的输出物大部分为气...     

弯管处液液两相流空化腐蚀研究

在集输管线中,油水两相流经弯管时其速度和压力会发生变化,使弯管处的腐蚀程度增加,导致弯管因腐蚀而引起的事故频发。以水为离散相,通过RNG k-ε湍流模型和DPM模型相结合的方法,对管道中的流动状态进行数值模拟研究,得出了管道腐蚀随影响因数的变化规律,并采用Origin软件对模拟数据进行处理,运用正交试验法对数据进行了分析。结果表明,不同的管道参数对空化腐蚀速率的影响是不同的,其中管径的影响最大,水滴颗粒的质量流量、流体的入口速度、管道的弯曲角度次之,弯径比对空化腐蚀速率的影响最小。研究结果可对集输管道的设计和运行管理提供技术支持。     

油水两相流体系下的CO2腐蚀行为研究

目前常采用注水方式开采石油,但是含水输油管道中常发生CO₂腐蚀现象,因此采用计算流体力学方法（Computational Fluid Dynamics,CFD）,研究了不同含水率、不同流速下的直管和弯管中油水分布情况,确定了输油管道CO₂腐蚀的发生条件,并分析了流速及含水率对壁面剪切力的影响。结果表明,CO₂腐蚀的发生取决于管道内的含水率和流速。当含水率升高时,油品浸润在管道内壁阻止腐蚀的发生;当含水率降低时,积水量增加,导致CO₂腐蚀严重。当流速增大时,管道内发生湍流,因此难以形成积水,降低腐蚀风险。但是,流速增大时会导致壁面剪切力增加,破坏腐蚀产物膜,进而进一步加快腐蚀速率。向下倾斜弯管在重力作用下往往不会发生积水,腐蚀风险低;向上倾斜弯管最容易发生积水,腐蚀风险高;受冲刷作用的影响,弯头端的腐蚀严重。弯头处容易受腐蚀和力学的交互作用,因此腐蚀严重。研究结果对油田集输管道的安全运行具有一定的指导意义。     

气固两相分支管路输送特性的试验研究

在水平T型分支管道中,用压缩空气对平均粒径为0.25 mm砂石进行气力输送试验。通过试验,当输送气速和分支管路流量控制阀开度变化时,对分支管路各自的阻力特性和固相颗粒在各分支管路中的流量分配特性进行了研究。结果表明,在发送压力保持不变的情况下,随着表观气速的减小,气固两相流在各分支管路单位长度上的压差,当开始时逐渐减小;但当气速下降到一定程度后,各分支管路单位长度压差转而增大;当各分支管路流量控制阀的开度差值变大时,分支管路各自的单位长度压差曲线逐渐远离,而固相颗粒在分支管路中的流量分配情况也发生较大变化。     

真空排污管内多相流动阻力特征研究

管道内阻力计算有利于优化设计排污系统中管径及动力设备,对提高黑水、污泥等非牛顿流管道输送的安全性、经济性具有重要指导意义.在分析真空管道内污水运动状态基础上,推导了排污管道内气体-非牛顿流体两相流动摩阻压降梯度计算的通用关系式.通过算例探讨了管道内阻力随气流量和输送黑水的变化规律.     

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。