稠油-水两相水平管流压降规律的实验研究

设计和建造了内径为25．7mm,长52m的水平不锈钢多相流实验环道,尝试性地利用稠油(50℃时,粘度为1314．89mPa．s,密度为958．05kg／m^2)与水进行了油-水两相流流型和压降实验。混合流速范围为0．2m／s～1．2m／s,入口含水率范围为0．25～0．7,实验温度分别为50℃、60℃和70℃,并加入破乳剂重复了以上的实验。本文着重分析了含水率、混合流速、温度、破乳剂等因素对两相管流压降的影响规律。实验表明：流型是影响压降规律的主要因素;在不同流型下,同一因素对压降规律的影响程度也有所不同。研究结论对油田现场的油-水混输管线的设汁与安全运行具有较好的指导意义。     

水平井筒油水变质量分散流动压降研究

针对水平井筒中油水两相变质量流动,从理论和室内实验两个方面对分散流型下压降进行了研究,着重考虑壁面流体的流入对壁面摩阻系数的影响与不同流型间的转换。根据质量守恒、动量守恒方程,建立了水平井油水两相分散流型下压降预测模型。采用水、白油为实验介质,测量了水平管不同注入比、不同含水率下油水两相流压降值。实验结果分析表明,当含水率为40%时,油水发生反相,管道中流动压降最大,这和Brinkman/Roscoe混合黏度公式计算出的反相点一致。同时,压降模型预测结果与实验结果相比较平均相对误差为13.6%。     

Experimental study and modeling of pressure loss for foam-cuttings mixture flow in horizontal pipe

In this study,we first sought to elucidate foam rheology to describe foam flow behavior,and then to experimentally investigate the pressure losses for both foam and foam-cuttings flow in a horizontal pipe by considering both varied foam qualities of 80%, 85% and 90% and foam velocities.Also,a two-layer numerical model to predict pressure loss was developed based on experimental observations of cuttings behavior.Results show that the foam behaves like a power-law fluid.Furthermore,and the pressure loss signi...     

管道旋流中油芯的形成条件与形态研究

以石油工业为背景的油水流动是典型的液液两相流。管道中的两相流动研究的主要内容是充分发展之后的流型和压降等。此文通过实验研究了一种非稳态阶段的两相流动—经过导流片之后一段距离之内的两相旋涡流动。实验划分了不同相含率与表观流速下的流动形态,研究了导流片前后的压降规律。     

含植物明渠紊流流速分布无量纲化方法及流动分区

基于流速分布曲线的几何特点,提出一种新的无量纲化方法,结合水槽实验数据的回归分析,对含植物明渠紊流流速分布律及流动分区进行了研究。基于流速梯度变化率的特点,确定两个特征高度,采用特征高度、特征高度位置处的流速、水深、最大流速4个变量定义了新的无量纲流速和高度,对实验得到的流速数据进行无量纲化处理,进一步拟合得到流速分布律。结果表明,提出的无量纲流速在自由水面附近呈对数分布,对数分布律区域以下到床面的区域可用4段函数表示。根据分布律适用的区域明确流动分区边界,发现边界高度与特征高度并不重合,但和混合层的上下边界近似相等。与其他研究的对比表明,提出的无量纲化方法和流速分段函数分布律以及流动分区对速度描述有效,具有较好的适用性。     

气液两相水平管流分层--段塞流型转换机制研究

本文根据Stokes溃坝理论 ,提出了一个新的物理模型。通过对段塞单元的稳定性进行分析得出段塞保持稳定的临界液面高度值 ,从而得出分层流向段塞流转换的条件 ,并分析了液体粘度、管径大小对流型转换条件的影响。计算结果与实验值较为吻合     

挟沙水流流速的垂线分布公式

流速分布规律的研究是揭示一般水流和高含沙水流动性的关键。本文在回顾以往研究成就的基础上，开展了理论及实验研究。以提出的紊流涡团模式为基础，得出了挟沙紊流速分布的公，大量实测资料的检验结果表明，该公式能较真空地描述出一般挟沙水流及高含沙紊流的流速分布变化规律，具有较大的使用价值。     

漫滩挟沙水流流速横向分布研究

在建立漫滩挟沙水流掺混区横向涡粘性系数表达式的基础上，根据水深平均的水流运动方程，得到掺混区流速横向分布公式，经验证，该公式与实测资料基本上吻合。     

水平管内螺旋流涡特性数值模拟

螺旋流是工程上常见的流动现象,具有增强湍流度、促进传热传质和提高对颗粒的携带能力等特性。该文采用雷诺应力湍流模型(RSM)对水平管内由短螺旋扭带起旋的螺旋流流动特性进行了数值模拟研究,通过激光多普勒测速仪(LDV)测速实验验证了数学模型的准确性和可靠性。结果表明,水平管内螺旋涡首先在扭带吸力面形成,且形成初期,涡量的大小受主涡影响较大,二次涡形成后,涡量大小主要受二次涡影响。在形成过程中二次涡增强了壁面附近的速度脉动,能够有效地增加介质的掺混。此外,由于二次螺旋涡的存在,使水平径向压力梯度增加,靠近壁面处的轴向速度减小,近壁处切向速度值增大1倍,且径向速度在螺旋流中不可忽略。     

竖井旋流泄洪洞洞内流速分布试验研究

通过模型试验,对竖井旋流泄洪洞竖井壁面流速和压强进行了测量,分析了竖井段的沿程水头损失和压力分布特性.计算结果表明:竖井旋流泄洪洞的能量损失主要由两大部分组成:①壁面摩擦造成的沿程水头损失;②水流进入竖井底部水垫造成的能量损失.分析研究后认为:当竖井高度较小时,水垫消能占主要部分;当竖井的高度增加时,竖井消能所占比例将不断增大.     

Prediction of boundary shear stress distribution in straight open channels using velocity distribution

Conventional methods for measuring local shear stress on the wetted perimeter of open channels are related to the measurement of the very low velocity close to the boundary.Measuring near-zero velocity values with high fluctuations has always been a difficult task for fluid flow near solid boundaries.To solve the observation problems,a new model was developed to estimate the distribution of boundary shear stress from the velocity distribution in open channels with different cross-sectional shapes.To estimate the shear stress at a point on the wetted perimeter by the model,the velocity must be measured at a point with a known normal distance to the boundary.The experimental work of some other researchers on channels with various cross-sectional shapes,including rectangular,trapezoidal,partially full circular,and compound shapes,was used to evaluate the performance of the proposed model.Optimized exponent coefficients for the model were found using the multivariate Newton method with the minimum of the mean absolute percentage error(MAPE) between the model and experimental data as the objective function.Subsequently,the calculated shear stress distributions along the wetted perimeter were compared with the experimental data.The most important advantage of the proposed model is its inherent simplicity.The mean MAPE value for the seven selected cross-sections was 6.9%.The best results were found in the cross-sections with less discontinuity of the wetted perimeter,including the compound,trapezoidal,and partially full circular pipes.In contrast,for the rectangular cross-section with an angle between the bed and walls of 90°,MAPE increased due to the large discontinuities.     

梯形渠道断面流速分布规律试验研究

梯形渠道以其过流能力大、输沙能力强和具有普遍适用的特点,已经在灌区得到广泛应用.经过对梯形渠道断面流速分布规律和试验研究,得出过水断面最大流速发生在液面以下.分析水槽实测流速资料,发现中垂线流速分布与对数律流速分布形式和抛物线形式拟合曲线都有一定的偏差.进一步分析引入尾流函数公式,得出拟合曲线交点处流速值近似等于过水断面的平均流速.     

Experimental tomographic methods for analysing flow dynamics of gas-oilwater flows in horizontal pipeline

Gas-oil-water three phase flow is of practical significance in oil and gas industries. An insight into the dynamics of such multiphase flows is significantly valuable to obtain optimal design parameters and operational conditions. Since flow patterns are sensitive to pipe geometry, flow conditions and thermophysical properties of fluid, it is extremely challenging to provide a universal solution for visualisation of three phase horizontal flows. This study deals with a fully developed, turbulent three phase flow and presents the outcomes of electrical tomographic imaging techniques to visualise gas-oil-water flows in a horizontal pipeline.     

广西河流水平式ADCP流速关系模型研究及应用

水平式ADCP是目前最常用的自动化流量监测设备之一,在广西水文系统已得到了广泛应用。指标流速~断面平均流速关系率定是水平式ADCP应用中的关键技术环节。利用国际通则,结合实践经验推导出的水平式ADCP流速关系模型,在广西16处典型河流的流速关系率定中得到验证与应用,取得显著效益。该模型已逐步在区内外水文等涉水行业中推广,促进了流量监测自动化、集成化发展。     

城市人工湖动态换水水位对流速分布影响

水位和流速是人工湖维持生态的关键因子,为探究人工湖水位对流速分布的影响,基于二维水动力模型对雁鸣湖流场进行数值模拟,研究单因素水位对流速影响和实测换水水位对流速时空分布的影响。结果显示:水位是水动力影响因素之一,低水位时的湖泊流速大于高水位时期,水位变化时的平均流速介于高低水位流速之间,水位对环流影响较小。在实测换水期间,高水位时水位分布无明显差异,水深自上游至下游逐级递增;低水位时水位分布出现差异,河滩裸露,水深分布差异较大;水位变化时,湖泊上游至下游水位呈梯度变化,水深随水位变化;流速时空分布验证了单因素水位对流速的影响,并表明不同水位对流速大小及分布影响有所差异。雁鸣湖水位和流速的模拟结果表明,人工湖水位变化能改善湖泊水动力,可为人工湖水情管理提供科学参考。     

阶梯水平井生产段油藏渗流与井筒变质量管流的耦合模型

随着油气勘探和开发技术的迅猛发展，阶梯水平井作为水平井的一种特殊井型，日益在国内外油田得到广泛应用。基于势叠加原理和镜像反映原理，推导出了薄互层油藏中阶梯式水平井生产段的空间势分布；采用微元线汇理论和动量守恒定律建立了薄互层油藏阶梯水平井生产段沿程压降计算模型。推导出了裸眼完井方式下阶梯水平井生产段油藏渗流与井简变质量管流耦合的数学流动模型，并提出了相应的数学解法。     

竖直较大管径内气液两相流截面含气率实验研究

截面含气率是气液两相流动过程中的关键参数之一.在大管径流道内的气液两相流,弹状流难以形成,与常规通道相比,其流型特征明显不同.适用于常规通道截面含气率的一般计算方法,对于大管径流道而言,其适用性也较差.本文通过研究较大直径圆管内的气液两相流动过程,寻找适合于过渡尺寸流道内两相流动截面含气率的计算方法,从而建立起完整的、针对各个尺度范围内截面含气率的计算方法.实验选圆管直径为50 mm,介于常规通道和大通道之间;以空气和水作为工质,气相、液相折算速度的范围分别为0.05-2.0 m/s及0.01-2.0 m/s.首先利用获得的截面含气率实验数据,对适用于常规通道和大通道的截面含气率计算模型进行了评价;然后通过分析几类漂移流模型计算方法的分布系数和漂移速度的变化规律,解释了Hibiki-Ishii、Kataoka-Ishii、Kawanishi等几个模型计算误差较大的原因.     

基于固液两相流模型的泥石流流速垂向分布研究

泥石流流速的垂向分布是泥石流运动理论中的核心问题之一。以固液两相流模型为基础,分析了泥石流中两相速度相等与不等条件下的本构关系和泥石流流速垂向分布的计算方法;在二维恒定均匀流的条件下,考虑两相之间的相互作用,推导层流和紊流流态下泥石流中液相和固相速度的垂向分布公式,并采用不饱和水石流的试验数据进行了验证。结果表明:泥石流两相之间的速度差异是描述两相之间相互作用的根本所在;泥石流固相浓度与本构关系中的模化参数均有关联,是流速垂向分布计算中的重要参量;基于两相流模型的泥石流流速垂向分布公式比现有公式更具普遍意义,且其计算结果能与试验数据较好吻合。