矩形微通道内油水两相流摩擦压降实验研究

研究了微通道内油水两相流的摩擦阻力特性.实验采用横截面为矩形的微通道,其宽度和深度通过化学蚀刻法制作,壁面具有一定的粗糙度,其水力直径分别为167.3μm和192.0μm,相应高宽比为0.673和0.793.利用数字显微摄像技术对矩形截面微通道内油-水两相流的流型进行实时观测,并根据流型选择合适的物理模型,得到了不同含油率时矩形微通道的摩擦压降.实验结果表明:矩形微通道内的摩擦阻力压降与均相理论模型计算结果一致,黏度机理是影响微通道内油水两相流摩擦压降的主要因素.水包油流型向油包水流型的转变是在含油率为60%～70%范围内发生的.     

水平管内油水三层流摩擦压降特性的实验研究

对水平放置的内径为40 mm 的钢管内的油水两相流进行了详细的实验研究。实验工质为46~#℃机械油(20℃时,粘度为9.705×10~(-2)kg/ms,密度为881 kg/m~3)和自来水,油相和水相折算速度分别为0.13～1.2 m/s 和0.11～1.38 m/s,含水率为6%～85.8%,实验在常温常压下进行。针对钢管内油水两相三层流的流型进行了描述,探讨流型的转变机理。建立了摩擦阻力油水两相三层流的半理论化实验关联式,与实验数据吻合良好,揭示了摩擦阻力压降的变化规律。     

并联硅基扩缩微通道内气液两相间歇流型与压降特性

采用以IDT高速摄像仪和Nikon生物显微镜为主体的可视化观测系统,实验研究并联硅基扩缩微通道内氮气/水气液两相间歇流型及压降特性.随气液两相表观流速变化,间歇流子流型依次呈现环状/单相液体交替流型、弹状/环状/单相液体交替流型、弹状/单相液体交替流型、雾状/弹状/单相液体交替流型和雾状/单相液体交替流型,得到不同气液两相表观流速下并联扩缩微通道流型分布图.研究表明,均相流模型的压降计算结果同实验值有较大出入.尽管分相流模型在一定程度上引入了气液两相的相互作用,其预测结果好于均相流模型,但是仍无法精确地描述并联扩缩微通道内氮气/水气液两相的运动与空间分布.     

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。     

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。     

微通道内气-液两相流动特性研究

考察了400μm光滑通道内氮气-乙醇、氮气-CMC(共5组,不同表面张力)的两相流动特性,并给出了更为普遍化的流型图,同时也研究了液体性质(密度、粘度等)对微通道内两相流体流动的影响。结果表明,不同流体的摩擦压降都会随着表观气速和表观液速的增加而呈现上升的趋势,随着粘度的增长,总体压降也会出现上升趋势,并且粘度越大越容易出现环型流。     

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。     

卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流压力降特性研究

以空气和水为工质,对卧式矩形截面螺旋通道内气-液两相流动压降特性进行了实验研究.对实验结果进行了分析,分别对比了均相模型和分相模型的计算关联式.结果表明,均相模型的计算关联式不适用于卧式矩形截面螺旋通道内两相流压降的计算,而分相流模型整体吻合较好,但实验值和预测值仍有较明显误差.为此结合实验数据,以Lockhart-Martinelli分相模型为基础,提出了一种新的两相流动摩擦阻力压力降的计算式,与实验数据的误差较小,能够很好的预测本试验段的实验结果.     

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。     

油水两相流系统可视化应用研究

油水两相流在密封管道中的流动现象是不可见的,将其真实流动现象可视化将为科学发现和控制决策提供非常有价值的信息.采用Real Flow模拟两相流液体流动,应用并行双曲面函数Multiquadric插值方法对检测数据图像重构后的稀疏矩阵插值以加强对图像细节的显示,并结合C4D软件中的灯光和材质对两相流系统液态流动效果进行制作.结果表明应用改进的径向基插值算法能解决检测数据稀疏的困扰;将RealFlow和C4D平台交互应用能真实有效的模拟两相流四种流型的连续动态过程,其结果真实自然.     

多孔介质通道气液两相流型及压降特性研究

通过高速摄影仪研究多孔介质通道内气液两相流体垂直向上流动的流型,在实验参数范围内依次拍摄到泡状流、弹状流、脉冲流、雾状流4种典型流型,并总结了各种流型的特征。依据实验获得的两相流动阻力数据,分别对分相模型阻力关系式和均相模型阻力关系式进行了拟合,得到了适于实验特点的两类阻力关系式。改进后的两类模型均与实验数据实现了较好的吻合,但模型关系式定义中包含了影响阻力压降各要素的均相模型具有更高的预测精度,且该模型物理意义更加清楚,可以优先用于多孔介质通道气液两相流动的阻力计算。     

气液两相流绕管束流动压降特性实验研究

以空气-水为实验介质,采集了不同流型工况下气液两相流体向上横掠水平管束时的压降数据,分析了不同流型下气液两相流绕流管束的压降特性.将实验数据与两种压降预测模型对比分析,发现一维模型预测压降与实验值较吻合.     

差压法测量油水两相流流量

油水两相流的流动机理十分复杂,存在着"乳化"、"反相"等特有现象,其流量测量有很大难度。差压法作为一种应用广泛的流量测量方法,从原理上来看适用于油水两相流的流量测量,但相关研究较少。采用文丘里管作为节流装置,实现了油水两相流流量的差压测量。实验中以均相流模型为基础,以混合前测量的油水流量作为参考值,验证了文丘里管的差压值分别与质量流量计输出的体积流量值和混合密度值组合测量的效果。实验结果表明,油水总质量流量的测量精度较高,文丘里管与混合密度组合时精度尚可,与体积流量组合时达不到测量要求。     

相渗曲线对油水两相流数值试井曲线的影响

地层岩石相对渗透率的变化会影响地层中油水的流动,因此对试井曲线形态的影响也很大.用数值试井方法研究了不同相渗曲线对试井曲线的影响,采用PEBI网格技术,给出了在PEBI网格下油水两相流动控制方程的离散形式,并耦合了井筒存储和表皮系数公式,得到了压力降落数值试井问题的产量模型.不同相渗曲线经数值试井模型计算并对比发现,油相相对渗透率的降低或增加,引起地层压力变化的幅度及速度也增加或降低,因此试井曲线也相应地上抬或下掉.对油田的生产具有指导意义.     

油水两相流Darcy-Stokes模型

塔河油田缝洞型油藏的溶洞可分为微小溶洞溶孔和大溶洞,部分大溶洞未被充填,未充填的大溶洞内部不存在多孔介质,流体流动属于自由流动,流动规律符合Navier-Stokes方程,油藏存在自由流动区和渗流区,流动规律符合Darcy-Stokes耦合模型.针对塔河油田的流体特征,将现有的用来描述单相不可压缩流体流动的Darcy-Stokes模型扩展到油水两相的微可压缩流体,并根据未充填溶洞内压力差异小这一特征,对油水动量守恒方程进行简化,所得到的动量守恒方程在形式上与不可压缩流体的相同,但流体密度和粘度仍然是关于压力的函数.模型中引入了Beavers-Joseph-Saffman边界条件,并将该条件扩展到两相流.将Darcy-Stokes模型应用于数值试井,结果表明,尽管采用双重介质渗流模型和Navier-Stokes模型都可以得到很好的拟合效果,但是后者的解释成果更接近三维地震解释所预测的地质模型.     

T型微通道内液滴形成过程及长度的实验研究

利用高速摄像机研究截面为400×400 μm的正T型微通道内液-液两相流动特性,离散相（硅油）和连续相（质量分数为0.5%的十二烷基硫酸钠SDS蒸馏水）的体积流量范围分别为1~5、2~110 mL/h. 结果表明,两相流型主要为弹状流和滴状流,前者的形成机理为挤压机理,后者为剪切机理. 液滴的长度随离散相体积流量和离散相与连续相体积流量之比的增大而增大,随连续相的体积流量和毛细数的增大而降低. 液柱长度的变化规律与液滴长度相反. 液滴生成时间随离散相与连续相的体积流量的增大而逐渐降低,剪切机理生成液滴所需时间小于挤压机理. 依据实验结果,采用离散相与连续相体积流量比和连续相的毛细数,总结出无量纲液滴、液柱长度及液滴生成时间的预测关联式.     

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。     

管内气液两相流换热关联式研究现状

管内气液两相流动因传热的复杂性与流动的不稳定性限制了换热关联式的研究.与管内单相流动相比,管内气液两相流换热关联式的研究并不成熟.已有的换热关联式也因适用范围、运行工况等因素有较大差异,因此在选择换热关联式时需要格外慎重.文中将现有的管内气液两相流换热关联式进行了归纳分析,介绍了不区分流型与区分流型的换热经验关联式以及理论关联式,为换热器的设计提供参考依据.     

某静态混合器内气液两相流动及压降特性数值模拟

以某型静态混合器为研究对象,运用CFD软件ANSYS CFX,借助欧拉–拉格朗日方法,在SST湍流模型下进行气液混合性能分析,得到内部流场的流动与压降规律.研究结果表明:气液两相流流经孔盘通孔,强化流体间的相互作用,对气液的混合具有促进作用;随着雷诺数的增加,气液两相流流经混合器的压降呈明显增大趋势,且混合器中局部压降...