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。     

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。     

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。     

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。     

300MW煤粉锅炉省煤器蛇形管流场及积灰特性分析

对某机组煤粉锅炉的省煤器蛇形弯管及相连管道处积灰进行冷态数值模拟。利用Fluent软件对颗粒相的计算采用单向耦合模型,忽略固相对气相的作用,在不同进口速度和不同节距条件下,得到绕流流场。结果表明:在平行管处,下四根管子积灰严重,在弯管处,上四根弯头积灰严重,下四根弯头磨损严重;随来流速度增大,在平行管处,速度曲线变陡,回流区范围减小,在弯管处,各点速度大小增加,方向不变;随节距增大,平行管处积灰变化复杂,弯管处扰动增强。     

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。     

结构参数对Z型管内油气水多相流影响计算研究

管道中的局部构件可以起到改变流体速度和方向的作用,但同时受到流体的巨大的压力和冲击。通过CFD软件模拟了介质为油气水多相流的组合,管道模型为2个改变流体方向的局部构件加立管的Z型组合管道,分析了局部构件在不同弯折角度下,不同的立管长度和流体以不同的初始速度进入Z型管管壁压力的变化以及不同立管长度下的流型图,结果表明,弯管角度增大,弯管外径壁面受到流体撞击的压力减小,作用面面积增大。增加立管长度后,经过弯头的外径壁面压力值降低。且在管中易形成不易被排出管道的断塞流;增大流体入口速度,一定程度会使弯管外壁压力增大明显,在较大速度时增大流体速度,外壁压力变化不明显。     

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.     

板北油田不加热集油问题研究

板北油田不加热集油的关键问题是凝油黏壁导致的集油管道摩阻上升以及井口回压上升。通过建立能够模拟集油管道管流剪切的搅拌流模拟装置,针对80%的高含水原油进行了实验研究。结果发现,80%高含水原油的起始黏壁温度为17.5℃,低于原油凝点2.5℃,该温度可作为不加热集油的热力边界条件。采用PipePhase计算软件建模,以集油温度不低于17.5℃为依据,分析发现板北油田可进行不加热集油。     

非金属管道内原油流动静电起电速率实验研究

油品在非金属管道内流动过程中和管道内壁面发生接触产生大量的电荷,过量电荷聚集放电会产生火花导致管壁的穿孔以及引起火灾,严重影响正常生产。对其静电产生的原因及影响因素进行分析可知,起电速率受油品流速、温度、含水率、管线材质及粗糙度影响。结果表明,起电速率与油品流速呈正相关;油品温度的升高不利于油品静电的积累;在一定含水率范围内起电速率随着含水率的上升而逐渐增大,超过反向点后呈相反趋势;起电速率与管线粗糙度呈正比;并结合已有实验数据,建立油品流动静电模型。     

段塞流从单管流入并联分离器的分流实验研究

为了研究油气集输系统中并联分离器出现的气液偏流现象,自主设计并搭建了气液两相流分流实验系统。该实验系统中采用数据采集系统对流量、压力、压降、液位、持液率等多种实验参数进行记录。设计了两种结构的气液分流管路,并在两种管路结构（水平管⁃T型管⁃水平管结构与水平管⁃T型管⁃立管⁃水平管结构）下进行了段塞流分流实验,分别研究了对称管路条件与非对称管路条件下的气液分流特性。实验结果表明,两种管路结构下,当管路条件对称时,在实验流速范围内,段塞流的气液两相等流量分配到两台并联分离器内;对于实验中的两种管路结构,分离器气相出口管路条件的不对称会引起气、液两相的偏流,且液相的偏流程度均小于气相。基于压降计算建立了非对称条件下气液两相流的分流模型,对气液流速对分流特性的影响进行了简单解释。     

三相流环状集输管网能量利用优化研究

三相流环状集输管网能量利用优化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,建立了以最小能耗为目标函数的数学模型,分析出了掺水量、温度、压力与总能量消耗之间的变化关系,找到了影响总能耗的主要因素、次要因素及最小因素分别为掺水温度、掺水流量、压力,并得到管道总能耗的最优方案。在生产实际过程中尽量降低掺水温度以使总能量消耗最少。     

气-液-固三相流化床冷态实验

以氮气为气相、蒸馏水为液相、铜粉为固相构建了的气-液-固三相流化床冷态实验装置,流化床反应器内径为50 mm、高为500 mm.采用Hilbert-Huang Transform分析了布风板上表面处压力脉动信号,考察了布风板压差和床内两固定测点间压差随气体流速的变化关系,使用降速法得到了气-液-固三相流化床的最小流化速度,并通过同步图像采集验证了该最小流化速度.结果表明:气体流速为14.85 mm/s时,固体颗粒之间碰撞剧烈,气、液、固三相混合均匀;随着气体流速的增加,两固定测点间压降呈现先降低,后增加,最后又降低的变化趋势;气-液-固三相流化床的最小流化速度约为17.4 mm/s.