两相流工艺计算软件分析研究

利用石油气液管路两相流理论,结合目前国内外较新的两相流理论和试验研究成果,在描述气液两相管流的流型判断和压降计算的数学物理模型的基础上,研制出了适用于原油/伴生气、凝析气/凝液在管道中的混输,以及垂直井筒环空两相流压降及井底流压的计算软件.对该软件的结构、功能、适用范围做了介绍,用该软件对某实际管线和井筒的压降进行了计算,并与实测数据进行了对比.实际应用表明,该软件的功能完善、操作方便、计算结果可靠,能满足气液混输管线的设计计算和生产管理的需要.     

水平管路油气混输模拟技术

以双流体模型为基础,建立了适用于水平油气混输管路的瞬态数学模型,并讨论了模型的求解以及分层流的结构方程对计算结果的影响。在大型多相流实验环道上进行了大量的混输瞬变流动过程实验,利用实验和现场数据对瞬态模型模拟得到的混输管道中的平均持液率、压降以及瞬变过程的入口压力、持液率等流动参数等进行了验证和计算,结果表明建立的模型可以比较准确地预测油气混输管路中的流动参数。     

分离流模型下的多相混输泵的扬程计算

油气田混输工艺的不断发展,同时也就提出了混输泵技术的要求,本文针对两相流中分离流下混输泵的扬程计算方法,在分离流模型下计算泵扬程时假设气相和液相有各自的速度,且相间无能量传递,可能有质量转移,为此泵提供给流体的扬程可分为两部分;一部分提供给液体,另一部分提供给气体,同时假设泵进口到出口过程中为等温变化,在计算泵提供给气体的扬程时给出了三种算法,并用实例计算出结果,做了比较。     

浅谈油气储运气液两相流常温输送工艺

对集输工艺压降规律进行了讨论,叙述了气液两相流常温输送压降计算的研究成果,阐述了油气水三相混输管的特点及发展。希望能对我国油气储运气液两相流常温输送工艺的优化和加强提供参考。     

基于段塞流捕捉的高黏油气两相流模型的建立与验证

随着传统油田的快速消耗,高黏稠油的开发逐渐引起了重视。有关高黏油的气液两相流研究主要集中在国外,国内的相关研究目前还较少。本文针对高黏油气混输管路,建立了一种捕捉段塞流的形成和发展过程,并进行两相流水力计算和液塞长度统计的组合模型。通过气液相间滑移速度和液相连续性方程的求解得到管路中不同时刻和位置的持液率,以持液率的变化反映段塞的形成和发展。建立气液动量守恒方程关联持液率和压力,得到管路中各位置的压力变化。闭合关系式中,通过液塞平移速度、壁面及气液相界面的剪切力关系式加入黏度的影响,最终建立适用于高黏油气两相流的段塞捕捉模型。使用不同来源的数据验证模型计算压降和液塞长度的准确性,数据分别来源于国外研究者的实验数据和大庆油田的现场数据。结果表明,模型具有较高的计算精度,大部分压降误差在±15%以内,大部分液塞长度误差在±20%以内。     

垂直受热通道内汽液两相流压降的测定与估算

本文应用带扩大室及毛细管的U管压差计对垂直受热通道内汽液两相流压降进行了测定,作出了实测压降及实测液体循环质量流速与热通量的关系曲线。同时,针对不同结构尺寸的受热通道,利用实测的有效加热功率及液体循环流量数值对汽液两相流压降进行了计算,计算值与实测值吻合较好。     

真空循环精炼过程中钢液流动的数学模拟:模型的应用及结果

应用提出的RH真空循环精炼过程中钢液流动的三维数学模型,分别计算了90 t RH装置及线尺寸为其1/5的水模型装置内流体的流场和上升管内液相的含气率等.结果表明,该模型能相当精确地模拟整个RH装置内钢液的流场.除靠近钢包内钢液表面和两插入管间的区域外,精炼过程中液体混合相当充分,但在下降液流与其周围液体间存在一典型的液-液两相流界面层,钢包内的钢液并不处于完全混合状态.吹入的提升气体主要在上升管壁附近上升,在实际RH装置的条件下更为显著,相应的流态接近于环状流;计算得的模型装置环流量与实测结果很吻.     

偏心进气式鼓泡反应器内气液流动的大涡模拟

采用气液两相流动的欧拉-欧拉大涡模拟,研究了偏心进气式鼓泡塔内气液两相湍流流动。模拟结果表明：气泡流的运动与气含率的分布与试验结果吻合良好,得到了气液两相湍流瞬态结构形成和演变过程;增大气速使涡结构剧烈变化,液体粘度增高限制了旋涡尺度的发展,反应器高径比减小使涡数量减少。     

基于段塞流的通用气液两相流模型的建立与验证

气液两相混输流动中,由于段塞流与其他流型均有联系,从段塞流出发建立模型可以使不同流型下的计算模型得到统一。基于段塞流建立气液两相流动量方程和连续性方程,完善模型对气泡和液滴夹带的处理。建立模型的闭合关系式,对关键参数(壁面及气液相间水力摩阻系数、液塞平移速度、平均液塞长度)的计算闭合关系式进行优选,得到适用于模型的闭合关系式,同时,对液滴和气泡的夹带给出夹带条件及相关参数计算式,最终建立基于段塞流的通用气液两相流模型。使用3组不同来源的实验数据验证了模型计算压降和持液率的准确性,实验数据分别来自中国石油大学(华东)、大庆油田实验基地的气液两相流实验以及国外研究人员的实验研究,包含各个气液流型。模型具有较高的计算精度,优于未经关系式完善和优化的原始模型,大部分压降及持液率参数的计算误差在±15%以内。     

超声多普勒测速仪在液-固和气-液两相流测量中的应用

引　言多相流反应器在化工、环境、生化过程中得到了广泛的应用[1,2 ] ,但是由于多相流的复杂性 ,还需要进行大量深入的研究 .虽然计算流体力学在多相流领域的应用取得了一定的进展 ,但是实验研究在目前仍是多相流研究的主要手段 .多相流测量领域已经开展了大量的工作 ,但仍是一个具有挑战性的研究领域[3] .多相流中需要测量的量主要有局部颗粒浓度、颗粒速度、气含率、液体速度、气泡行为[3] .固体催化剂浓度的分布[4 ] 和气泡行为[5]对反应器性能有着重要的影响 .同时测得气液两相的速度对于更好地表征气液两相的相间作用 ,提高ＣＦＤ模型…     

分体管壳式余热锅炉内摩擦及局部压降

通过搭建可视化分体管壳式余热锅炉实验平台,对其下部管壳内汽液两相横向冲刷水平管束时摩擦及局部压降的计算进行了研究。在测量竖直上升管内截面含汽率时,将粒子图像测速（PIV）技术与传统压差法相结合,针对上升管中出现的泡状流型,给出了计算截面含汽率的新方法;在竖直上升管内定义了一种泡状-段塞流的新流型,并分析得出将质量含汽率x=10^-4作为区分泡状流与泡状-段塞流的边界。根据汽液两相横向冲刷管束时摩擦压降与局部压降类似的产生规律,将两者作为整体分析,通过借鉴Chisholm计算方法对实验数据进行处理,重点对汽液两相横向冲刷管束时摩擦及局部压降的计算进行研究,得到了可用于计算摩擦及局部压降的关联式。对所得实验数据验证计算后发现,误差在±20%以内,能够较好地满足工程计算需要。     

基于VOF熔融金属液滴碰撞基板热特性分析

在熔融沉积成型（FDM）工艺过程中,为保证金属熔滴之间能较好融合,本文以金属丝材为研究对象,通过加热使金属丝熔化形成熔滴。首先对熔滴变形过程进行了分析,采用两相流模型,结合建立好的熔滴沉积理论模型,通过数值计算分别模拟了单颗、两颗熔滴碰撞铺展、融合的过程。通过有限元分析得到可视化结果,分析了不同金属熔滴尺寸、温度和基板摩擦系数等参数对熔滴沉积的影响。分析计算结果表明熔滴铺展变形过程和温度场、速度场变化相吻合。     

油气两相流压降计算及其影响因素

多相混输技术在油气田集输系统中的应用日益广泛,其压降计算的准确性对于管网设计有着绝定性的作用。为了研究某油田油气两相流压降的影响因素,结合多相流理论建立了管道的两相流压降模型,并应用PIPEPHASE模拟软件进行计算。利用该模型,计算出该管道的压力参数的变化;在此基础上计算出不同算法的压降变化规律。研究表明:BBM、DR、DUKLER、GRAY、GRYM、XIAO这几种算法的计算误差均≦15%,且BBM算法在产气量增加到一定值后误差会迅速增大,所以该算法需要修正后才可以在大流量情况下使用。     

Study of the influence of axial conduction in a boiling heated pipe

In this work a characterization of a horizontal heated pipe has been performed. This characterization consists in a steady state analysis of the thermohydraulic behavior of a boiling heated channel with subcooled liquid at the inlet. The temperature, velocities and pressure profiles along the heated section have been analyzed and the length of the single- and two-phase flow regions have been characterized. Without axial conduction and due to the big difference in the magnitude of the single- and two-phase heat transfer coefficient, steep temperature gradients were observed. By adding the effect of axial conduction, more heat is removed from the single phase region and added to the two-phase region through the wall. The net effect was a decrease in length of the two-phase flow region and consequent increase of the single-phase region. It was also observed that the axial conduction decreases the gradients in the wall temperature profile but it does not influence markedly its temperature differences with the fluid.     

加入防聚剂后水合物浆液流动压降规律研究

围绕新型水合物化学抑制剂在海上油气田现场应用过程中将遇到的管道输送工艺设计技术方面的问题开展实验研究。在内径为25.4mm,长20m的水平透明实验环道上,首次以海上凝析油气田现场采集的油、水和按天然气组分配置的气体为实验介质,加入国内自主研制的水合物防聚剂,进行了水合物浆液流动压降实验。实验初始含水质量分数分别为5%,10%,15%,20%,25%,30%,得到了不同实验条件下水合物浆液流动压降参数的变化规律。通过分析实验结果并借助液固二相流有关理论,初步建立了水合物浆液管输压降计算方法。基于实验数据,该方法可用于计算实际管线中水合物浆液流动的压降。     

寒区输油管道正反输温降规律分析

采用SPS仿真软件建立寒区埋地热油管道的正反输仿真模型,对正反输送工艺的温降变化进行仿真。分析正反输运行时沿线油温随时间变化规律,首站油温随时间变化规律及不同时刻加热后的油头在管道中流动时的温降变化规律。仿真结果分析表明,反输开始后,反输首站油温先迅速降低后升高,最后达到稳定,且反输运行温降变化在20h左右达到稳定;对于保温管道,反输最低温度出现在冷油头到达首站时,在制定正反输运行方案时需特别注意。通过运用SPS软件对埋地热油管道正反输温降分析,可对以后制定正反输运行方案具有一定指导意义。     

混合蒸气冷凝过程中均匀温度面上液滴自发移动现象及特性

在某些混合蒸气的冷凝过程中，传热面温度梯度导致冷凝液浓度及表面张力不平衡，从而驱动冷凝液滴产生自发移动现象。此现象产生的前提为传热面具有整体温度分布，即传热面从一侧表面的相对低温状态，随着表面位置变化逐渐过渡到另一侧的相对高温状态，而本论文在水-酒精混合蒸气的冷凝过程中，观测到在均匀温度传热面上也会发生冷凝液滴自发移动现象。通过对具有和不具有初速度的冷凝液滴在均匀传热面上的不同移动特性进行比较分析，确认了具有明显初速度的冷凝液滴在均匀温度领域产生自发移动现象，而无初速度液滴则产生无序运动（非自发移动）。从而验证了在均匀温度传热面，冷凝液滴自发移动的驱动力为液滴移动同时其周围形成的局部温度分布和局部表面张力不平衡的推测。     

水平渐变管内油水两相流模拟研究

为优化油气集输管道局部管道结构,采用计算流体力学软件对水平渐变管内油水两相流进行数值模拟,对比不同含水率、不同入口流速条件下两相流流型,分析油水两相流在管道内的压力分布规律。结果表明,渐变管内油水两相流流型为水包油流型,管壁主要为油相润湿;渐缩管压力随流向位移持续下降,渐扩管先下降后上升再下降;整体压降速率与含水率成反比,与入口流速成正比。研究结果可以为优化稠油集输管网管道结构、降低管道流动能耗等油水混输问题提供参考。     

基于RPI模型的内燃机冷却水腔内数值模拟研究

以欧拉两相流模型为基础,建立了适用于内燃机流动传热的RPI(Rensselaer polytechnic institute)过冷沸腾换热模型。并与Robinson的矩形通道试验结果进行了对比分析,验证了模型的适用性和计算精度。将此模型应用于实际内燃机缸盖及冷却水腔内的直接耦合传热计算,同时对单相流和两相流的计算结果进行对比分析。结果表明：沸腾传热可以明显提高冷却水腔的换热效率,并降低鼻梁区等局部高温区域的温度;使用考虑沸腾的两相流模型进行计算模拟时,计算结果与试验结果的误差更小;欧拉两相流计算缸盖火力面测点温度误差相对于纯对流换热模型误差降低了1.78%。