气液两相流引射器的数值仿真及实验研究

目前引射器的研究多集中于单相引射器,气液两相引射器的研究较少,针对引射器实际应用的数值仿真研究更少。为此,在双流体模型的基础上,结合有限体积法及标准k-ε两方程湍流模型,全面考虑工作喷嘴、混合室、扩压管等对引射器性能的影响,对引射器进行了全流场仿真及实验研究。结果表明:(1)混合流体沿流动方向压力不断升高,实验值与仿真结果吻合;(2)引射器中流体具有明显的射流特征;(3)设计的引射器背压在0.08～0.1MPa之间为宜;(4)在其它条件不变的情况下,升高被引射流体压力和工作流体压力均有利于增加引射器引射系数。     

液-液气引射器的数值模拟及实验研究

引射器内部的流动过程复杂,其设计与分析一般都是建立在一维分析和实验基础上的半经验公式上。由于液-液气引射器在实验及数值模拟方面的研究都很少,因此,依托液-液气引射器实验台,在双流体模型的基础上,引入了滑移系数的概念,并建立了液-液气引射器流场模拟的数值模型。通过实验和不同滑移系数下的模拟对比,确定了滑移系数为11%为宜,通过大量的模拟和实验对比验证了此模型的适用性,此结果可为掌握引射器的工作机理、引射器的设计及其优化提供依据。     

多组分烃类混合物气液两相流格子玻尔兹曼模型

针对传统格子玻尔兹曼模型无法处理真实多组分混合物气液两相流的问题,提出了一种新的基于四参数(临界温度、临界压力、偏心因子、体积修正因子)状态方程的多组分格子玻尔兹曼模型。模型首先使用烃类混合物状态方程计算混合流体间作用力,并提出一种将混合流体作用力分配给各流体组分的方法,从而计算出混合流体中各组分所受作用力,再使用精确差分方法将组分作用力引入格子玻尔兹曼模型。同时为正确反应黏度变化对多相体系流动过程的影响,引入LBC(Lorentz-Bray-Clark)黏度模型计算混合流体的黏度。利用该模型,分别模拟了甲烷、乙烷、丙烷等多组分气液两相共存问题。新模型计算结果与使用逸度平衡方法获得的理论解吻合度较高,验证了新模型的正确性。图7表1参24     

立式缠绕管换热器入口混合分配器流场流体模拟及结构优化

入口混合分配器是立式缠绕管换热器中非常重要的一部分结构部件,其对两相流流体混合分布的均匀程度直接影响到流入管束内流体的均匀分配及传热效率。文章以现实生产中的气液两相为介质,通过使用流体力学软件CFX模拟立式缠绕管换热器入口混合分配器的操作工况,对入口混合分配器进行数值模拟,并且在数值模拟结果的基础上进行了结构优化。模拟结果表明,优化后的入口混合分配器使进料的气液两相介质混合得更加均匀,死区更小,从而保证了换热器的高效传热。对相关的气液入口混合分配器的研究和结构设计优化有一定的指导参考意义。     

气井涡流携液机理和携液效率数值模拟研究

针对目前气井涡流携液机理和效率认识不清,现场工程设计与分析主要依据经验,影响应用效果等问题,运用Auto CAD和Fluent流体模拟软件,建立了涡流工具气液两相流场模型,分析了气液混合物通过涡流工具前后的流动轨迹、流型变化特征和携液效率变化规律。研究结果表明,涡流工具将气液两相雾流转换为螺旋环流,液体以液膜形式沿管壁螺旋向上流动,而气体在油管中心以更高的速度流动。这种流态能够降低流动过程中的压力损失24.3%,提高流体速度13.5%,减小持液率3.3%,减弱气液两相之间的滑脱,提高气体携液能力。研究结果为涡流工具有效解决气井开采初期井底积液,提高地层能量利用率,以及延长气井自喷期提供了理论依据。     

气侵期间环空气液两相流模拟研究

钻井过程中地层气体一旦侵入井眼,环空中会形成气液两相流,如果控制不及时或不当,极有可能产生井喷。为研究气侵期间环空中气液两相流的流动规律,以及时控制气侵及防止井喷的发生,以空气—钻井液为介质,分析了垂直井眼环空中气液两相流流型,建立了环空流场的物理流动模型,采用标准k-ε模型对紊流场进行模拟计算,在模拟条件下,得出了气侵发生前后环空气液两相流的流动规律与气侵期间井眼流体实际流动情况相符,并给出了气侵发生后,流体流型转变、气体运移速度及气体在环空空间上的分布规律。计算结果对井控计算机模拟研究具有一定的指导意义。     

FCC进料雾化喷嘴结构对内部流场及混合特性的影响

采用CFD方法,基于欧拉-欧拉方法的mixture多相流模型,对一种内混式催化裂化进料雾化喷嘴的内流场进行数值模拟,研究喷嘴内部气液两相流场的分布状况及其混合特性。为提高喷嘴的雾化效果,对喷嘴的结构进行内置螺旋的改进。对比结构改进前后的模拟结果表明：原结构喷嘴内气液两相分布较集中,且流体的切向速度几乎为零,这使喷嘴的雾化效果下降,喷雾范围受限,不利于原料油与提升管内催化剂的接触;螺旋结构可使流体在混合腔高速旋转,使流体获得切向速度,最大切向速度可达18.49 m/s,增加气液两相流的湍流强度,有效提高流体平均速度,对提高喷嘴的雾化性能有促进作用。     

导流筒结构对气升式环流反应器内气液两相流动的影响

使用欧拉-欧拉两流体模型研究了导流筒结构对气升式环流反应器内气液两相流动的影响。对物理模型进行了网格独立性的考察,使用Chisti关系式验证计算流体力学数值模型的可靠性,并在此基础上预测环己烷氧化反应器内导流筒直径、导流筒在反应器内的高度以及导流筒喇叭口的开度对反应器内气液两相流动的影响。模拟结果表明,导流筒上部增加喇叭口可有效提高反应器的气液分离能力,喇叭口直径增大,气液分离效果增强;导流筒直径增大,液相循环量增大,液相混合效果增强;随导流筒在反应器内的位置升高,液相表观速度和液相循环量呈增加的趋势并趋于稳定,而气含率则变化不大。     

气液两相混合输送泵试验台架设计

简述了气液两相混合输送泵（简称两相泵）的研究现状。为对两相泵进行试验研究，提出了两相泵试验台架的设计思想，即试验台柴必须具备流量可调的气源和液源以及流量计量装置，同时具有观测气泡和气液混合情况的手段，以及用于信号测试的数据采集与处理系统。在此基础上建立了一套两相泵试验台架。详细介绍了试验台架的组成，分述了气相和波相的管路与设备、两相混合处理结构、台架动力及数据采集系统，以及两相泵进出口管段气泡直径的测量方法和流态观察方法。     

充气控压钻井气液两相流流型研究

充气控压钻井是在充气欠平衡钻井技术的基础上发展起来的、针对具有窄安全密度窗口地层的一种钻井新技术。本研究将多相流体流动简化为气液两相流动,建立了充气控压钻井循环系统的物理模型,系统地总结和对比了气液两相流流型转换准则、压降计算模型,通过大量的模拟实验,验证、修正了常规气液两相流流型判别准则和压降模型,得出适用于充气钻井的压降计算模型。通过流型敏感因素分析,得出气液比、地面回压、流道的几何形状是流型主要影响因素,该研究结果为充气控压钻井的压力控制提供了理论依据。     

天然气喷射引流装置变工况性能试验

天然气喷射引流技术是靖边气田低压气井开采、实现稳定生产、取得较好开采效果的主要技术,如何选择合适的喷射装置设计参数和运行过程中工作制度,对于装置的长期有效运行非常关键。通过现场试验,研究了高低压气流量和引射率随压力的变化规律,掌握了喷射装置的变工况性能：低压气流量与高压气压力为非单调关系,随着高压气压力增加,低压气流量先增加后减小。现场应用中,需要根据工况性能选择合适的高压气工作压力,引射率变化规律与低压气流量变化规律一致,引射率与低压气压力为近似直线关系,且随着高压气压力的减小,斜率就增大。设计过程中,要充分考虑现场应用井的稳压能力,设计合理的工作压力和流量,以延长喷射装置的应用时间。喷射引流装置变工况性能与装置本身结构参数有关,对于不同的喷射装置需要进行变工况性能分析,并做出相应图版来指导现场生产。     

基于旋流和引射循环技术的湿气气液分离方法研究

天然气除湿对于天然气的安全输送和精确计量具有重要的意义。针对传统的湿气气液分离装置存在分离效率低、受流型影响大等问题,提出了一种基于旋流和引射循环技术的湿气气液分离装置和方法。通过室内实验的方法,对不同工况下的气液分离效率及压降特性等进行了研究。研究结果表明:①当表观气速为4.2~28.5 m/s、液相体积分数小于3%时,设计的气液分离装置的气液分离效率基本可维持在96%以上,压降最大为167 kPa;②随着气量的增大,气液分离装置的分离效率降低,压降增大;③湿气的液量对分离效率和压降的影响较小。上述研究结果可为工业生产中湿气的气液分离提供一种新的思路,具有重要的工程意义。      

新型乙氧基化反应技术的开发

循环喷射式乙氧基化反应技术的核心是设计独特的喷射式气液混合器，这种混合器有效地限定和控制气液接触区域，使气液反应迅速进行。循环回路上的外部换热器迅速移走反应热，反应温度控制准确，因而从根本上抑制了副反应的发生，提高了产品质量。批量重现性好，产品质量稳定。反应过程中没有传动密封件，并有氮气保护，因此，操作非常安全     

气井中旋流式引射器性能影响因素研究

针对天然气开采过程中串联高压井抑制低压井产气的问题,提出了旋流式天然气引产工艺,利用高压井天然气对低压井进行引产作业,提高产气量。采用数值模拟方法探究螺旋叶片结构参数对引射器内部流场的影响规律。研究发现,在给定工况参数下,改变有旋引射器螺旋叶片的结构参数对引射系数的影响并不大; 改变高压入口压力值对有旋引射器的引射性能存在较大的影响。控制螺旋叶片数量为3,导程为200 mm,径向厚度为20 mm时,在压力为221.3～281.3 kPa时,引射系数均高于0.5。其中,压力为281.3 kPa时,引射系数达到峰值0.558,引射性能达到最佳。流体介质存在杂质颗粒时,有旋引射器能够在保证引射性能的情况下缓解颗粒沉积。     

页岩气井同心双管排采新工艺研究

为了克服单一排采举升工艺的不足,实现页岩气井在高液量和低液量时期均能连续排采,研究应用了同心双管组合排采工艺。基于速度管柱排水采气可以降低页岩气井临界携液流量、增大井筒中气体流速、提高气井携液能力的思路,优化了页岩气井速度管柱,速度管柱直径优化为φ48.3 mm;实现了排采前期液量充足时采用高排量电潜泵排液,液量较低时采用气举诱喷。该技术在彭页 HF-1 井开展了现场试验,措施后排采井日产液37 m3,日产气量20 250.65 m3,累计产气量151.32×104 m3。试验结果表明, 页岩气同心双管排采工艺技术可以降低页岩气井临界携液流速,为页岩气井的连续排采提供了新的技术支持。      

湿气管道涡流排液工具有效作用长度敏感性分析

涡流排液技术大多数用于湿气气田井下积液处理,现有文献在地形起伏湿气管道方面的研究较少。研究地形起伏湿气管道内涡流排液工具的有效作用长度,对管道排液能力的判断尤为重要,如果能够得出涡流排液工具有效作用长度的敏感性因素,就能很大程度地提高管道输送效率。鉴于此,运用SolidWorks软件建立几何模型,将其导入Fluent中进行模拟,通过改变管道入口湿气流速、涡流排液工具的截面形状、中心体直径以及管道倾角等,研究了湿气管道内环状流液膜厚度与有效作用长度衰减规律之间的关系。研究结果表明:含水体积分数近似为0.3%、涡流排液工具中心体直径取51 mm以及管道倾角较小时,湿气入口流速越大,液膜厚度越厚,且湿气气流中液体所占比重越大,旋转强度越大,衰减程度越弱,有效作用长度相应增加。研究结果可为湿气管道涡流排液工具的现场应用提供指导。     

新型内循环流化床导流筒顶构件研究

以空气-水-炭粒三相体系为研究对象,在常温常压下通过改变进气量,用溶氧仪、电导率仪等测定了装有新型导流筒顶构件的内循环流化床的气液传质特性、筒外循环液速、混合时间等数据.研究发现随着顶构件内角的减小,床体的混合时间逐渐减小,循环液速和传质系数逐渐变大;随着顶构件腿长变短和斜边长变长,床体的传质系数和循环液速先逐渐增大而后减小,混合时间则先减小而后增大.     

新型抽吸型气-液分流式分布器的性能

开发了一种新型气 液分流式分布器,采用冷模实验装置考察了气体操作线速度和液体线速度分别在0~619 cm/s和018~044 cm/s范围时分布器安装高度差对液体分布的影响,并与工业上使用的泡罩式分布器对比。结果表明,由于气 液经由独立的通道,有着恒定的流通面积,气 液分流式分布器对塔板倾斜的敏感度较低,且随气速的增大不断减小;当气体线速度超过3 cm/s、气/液流量比大于10时,该分布器分布不均匀度可降至10%,接近均匀分布。采用计算流体力学软件模拟了单个分布器抽吸过程,得到各相体积分数和速度分布等值线等流场结构。