螺旋折流板换热器壳程流动与传热数值模拟研究

借助Fluent软件，建立了螺旋折流板换热器壳程通道的三维物理模型，采用RNG κ-ε模型，对壳程内的流动与传热进行了数值模拟研究，得到了不同雷诺数下换热器内的速度矢量、温度分布，即平均阻力系数及Nu数。结果发现，壳程的流动为近螺旋线流动，存在局部回流与流线短路；流体在折流板迎风侧的流动较理想，但背风侧流动需要进一步改善。类比定律分析表明，螺旋折流板换热器的流动虽然比弓形折流板理想，但还远没有达到理想的协同状态。     

水力旋流器内分离介质流动分布特征数值模拟

提出了脱油型水力旋流器参数关系的结构模型,依据建立和修正的分离场的k-ε湍流数学模型,进行了网格划分,确定出边界条件.描述了水力旋流器内部分离介质的三维流动分布特征对分离性能的影响.对旋流器压力场、速度场和分离介质运动迹线分布特征的数值模拟进行了研究.分析了旋流器内部分离介质流动分布特征的数值模拟结果,实际测试的分布结果与流动场结构中理论计算的分布结果相一致.通过合理控制旋流器操作参数(如流量、压力和分流比等)来实现最佳的分离效果.该研究将为改进水力旋流器结构设计、提高分离性能和降低能耗损失提供参考,也为其更好的推广应用奠定一定的基础.     

气井油管流动计算动能项的取舍

气井全油管段的总能耗由位能、动能和摩阻三项组成。采气井油管内单相或气水两相流动数学模型的建立，都以气井稳定流动方程作为基础。Ｋatz提出的建模的假设条件之一就是“动能忽略不计”，对纯气井而言，这对计算精确度影响不大。同时，也正因为有了这一假设，简化了微分方程，才使采气流压运算变为可能。但对含水、含油和油水皆含的复杂井流，这种假设就会带来较大的计算误差。为此，探讨了气井管流动能项的取舍对计算气井油管流压梯度的影响，建立了６种井流动能因子的表达式，并对主要敏感参数进行数据分析，对动能项的取舍作出了明确回答。针对复杂井流，在气井油管流压梯度计算公式中应该保留动能项，这样才能确保油管流压梯度计算的精度。     

欠平衡钻井多相流动理论与计算分析

把欠平衡钻井循环流动分为钻柱内向下流动和环空向上流动，按气、液两相流动问题研究该混合体系流动过程，建立新的理论模型。采用时间有限差分离散，空间有限体积离散的方法求问题的数值解。选取中国欠平衡钻井的常见井眼尺寸和常用的注入气、液速度范围，进行数值计算，分析得出，流动过程的流动型式主要为泡状流和段塞流，环空接近地面的井段有时为搅动流。举例分析在环空和钻柱内的稳定流动过程中，随井深增加，压力、含气率、多相流体密度等的变化规律；在环空流动过程中，随井深增加，斜井段与相应垂直井段的压力值不同。分析了在关小出口节流阀开度的不稳定流动过程中，环空流动压力值沿井深增加的变化过程；用实际井欠平衡钻进的随钻环空压力测量数据与本文理论模型及求解方法计算所得结果比较表明：计算结果能很好地反映钻进过程中环空压力的变化规律。图6表2参12     

动态水力旋流器圆管螺旋流场特性研究

对动态水力旋流器圆管螺旋流场结构及形成原理作了简要描述。在深入研究动态水力旋流器分离机理及分离性能的基础上,运用圆管螺旋流动方程式进行了动态水力旋流器内部螺旋流动分布理论研究,得到旋流器内部流场按强制涡、自由涡、组合涡及螺旋涡的分布特性。同时利用直圆管柱模型,模拟计算出了圆管螺旋流的理论分布结果。研究和掌握动态水力旋流器内部流体螺旋流的运动及分布规律,为今后深入进行其分离机理、流场测试及分离性能研究打下了一定的基础。     

油水旋流分离器流动机理和分离性能研究

采用雷诺应力模型CFD数值模拟方法．对油水分离器内的流动机理和分散油相的流动特点及处理方法进行研究。得出了分散油相等浓度分布云图和用于判断旋流器分离性能的流量-效率曲线、流量-压力降曲线、分流比-效率曲线和粒级效率曲线。利用试验对曲线进行验证，结果表明，理论计算与实验数据曲线在一定范围内变化趋势一致，根据曲线可对旋流分离器的性能作出判断，并确定处理能力及是否对来液采取必要措施来提高分离效果等。     

垂直管中三相流分相含率测量模型研究

基于集流型涡轮流量计与放射性密度计、持水率计在大庆生产测井研究所油、气、水三相流流动环路中的实验数据，本文提出了用于确定油、气、水三相流分相含率的测量模型，用此模型预测的油、气、水分相含率与流动环标定的数据进行了对比，在规定的实验范围内，取得了较高精度的油、气、水分相含率预测效果，为油井三相流测井提供了一种新的解释模型。     

流动改进剂对井简内含水原油流动规律影响

拟乳状液流动是石油开采和油气集输过程中新的流动现象。此种流动与常规油气水混合物流动相比，可以大大降低管流沿程阻力、局部阻力、提高抽油机泵效。进行了抽油泵泵筒凡尔、抽油泵柱塞凡尔、抽油泵筛管对不同含水。不同改进剂浓度的含水原油流动阻力试验，得到了含水原油加入流动改进剂后的转相点，流动改进剂的最佳使用浓度为0.2mL／L。     

除水型油水分离旋流器试验研究

对除水型油水分离族流器进行了从含有水分杂质的油中脱除水分的试验研究。用正交设计试验得出了这种旋流器的结构及操作参数的优化数据，并对底流率以及进口雷诺数与其分离性能指标之间的关系作了研究。结果表明，各结构参数与操作参数对不同性能指标的影响敏感程度是不同的，以不同指标参数作为目标函数时旋流器应具有不同的最优结构与操作参数组合；底流直圆管长度适当增大，可以使旋流器脱水过程各项分离指标得到改善；随着底流率的增大，使旋流器脱水率和油损率均增大，而脱水因子则减小；旋流器进口雷诺数对其脱水因子、除水率和油富集因子等分离性能指标没有显著的影响。     

流动改进剂对抽油机井内含水原油流动规律影响的研究

拟乳状液流动是石油开采和油气集输过程中新的流动现象，该流动与常规油气水混合物流动相比，可以大大降低管流沿程阻力、局部阻力，提高抽油机泵效。通过开展抽油泵泵筒凡尔、抽油泵柱塞凡尔、抽油泵筛管对不同含水、不同改进剂浓度的含水原油流动阻力试验，得到了含水原油加入流动改进剂后的转相点，流动改进剂的最佳使用浓度为0．2mL／L。     

组合旋流器入口腔室内流场模拟与分析

水力旋流器是一种高效油水分离设备 ,在石油、石化行业中获得广泛应用。由于组成旋流器的旋流管单管处理量小 ,必须考虑旋流管的组合。提出了几种旋流管的组合方式 ,并采用Fluent软件进行了旋流器入口腔室的流场模拟与分析。模拟结果表明 ,轴向进液式组合方式可以减小入口段的阻力损失和对液滴的剪切。     

长庆油田独特的多井双管流程

多井双管流程作为特低渗油田集输工艺技术之一已在长庆油田得到了广泛的应用和发展。本文介绍了多井阀组间双管流程，丛式井双管流程与“加热点”流程，以及这些流程的特点与安装形式。     

PV型旋风分离器内流场的试验研究

用五孔球探针与热线风速仪测定了不同结构参数的ＰＶ型旋风分离器全空间内的三维速度分布，总结了入口气速与主要结构参数变化后对流场的影响规律，提出了相似放大的办法。结果表明，在旋风分离器的蜗壳顶部存在纵向二次流，在芯管下口附近存在短路流，在排尘口处有较强的灰斗返气，这些均不利于气固分离     

用改进的RNG κ-ε模型模拟旋风分离器内的强旋流动

在RNG k-ε湍流模型的基础上,对模型常数和近壁面处理方法加以改进,并将其应用于旋风分离器内强旋流动的数值模拟。将计算结果与标准的k-ε模型、RNG k-ε模型、Reynolds应力输运模型和实验数据进行比较。结果表明,用改进的RNG k-ε湍流模型得到的数值结果与标准的k-ε模型、 模型相比准确性具有显著的提高。改进的RNG k-ε湍流模型和Reynolds应力输运模型对旋风分离器内流场分布的预测与实验结果比较吻合,并且前者所需计算时间却大大缩短,更适合工业上应用。随后采用欧拉-拉格朗日模型（湍流模型为：Reynolds应力输运模型）和欧拉-欧拉模型（湍流模型为：改进的RNG k-ε模型）分别对旋风分离器内的气固两相流动进行计算,考察了旋风分离器内的颗粒浓度分布特点。结果表明,使用改进的RNG k-ε湍流模型的欧拉多相流模型也可以较好的重现旋风分离器内的气固两相流动特点,并应用于旋风分离器的优化设计。     

油水两相旋流分离试验

以油水为工质进行了液－液两相旋流分离的试验，研制了一种高效的油水旋流分离器。研究了流量、回流率、入口含油浓度、油的乳化等因素对分离效率的影响。试验发现旋流压降与流量成指数关系。对旋流分离过程中油粒破碎的机理进行了分析讨论，分析表明当修正韦伯数大于１２时，油料发生破碎。     

油-水分离用水力旋流器试验

用有机玻璃制成的试验用油-水分离水力旋流器（主直径D＝0．038m）是由旋流腔、大锥体段、小锥体段与圆柱段组成。在自行设计的试验台上进行了水力旋流器试验，试验用污水是用自来水加原油配制而成。入口污水含油浓度为400ppm，入口污水流量为1～6m3／h。试验结果表明，水力旋流器的压力降随入口流量的增加而增加（当入口流量增加到3m3／h，分离效率也随流量的增加而增加），当人口流量增加到5m3／h时，压力降达0．170MPa（分离效率可高达97％）；当分流比在2％～5％时，出口净化水的含油浓度可降至15ppm。     

用改进的RNGk-ε 模型模拟旋风分离器内的强旋流动

在RNG k-ε湍流模型的基础上,对模型常数和近壁面处理方法加以改进,并将其应用于旋风分离器内强旋流动的数值模拟。将计算结果与RNG k-ε模型、Reynolds应力输运模型(RSM)的计算结果及实验数据进行比较。随后采用欧拉-拉格朗日模型（湍流模型为RSM）和欧拉-欧拉模型（湍流模型为改进的RNG k-ε模型）分别对旋风分离器内的气、固两相流动进行计算,考察了旋风分离器内的颗粒浓度分布特点。结果表明,改进的RNG k-ε模型和RSM对旋风分离器内流场分布的预测结果与实验结果比较吻合, 并且前者所需计算时间却大大缩短,更适合工业应用。使用改进的RNG k-ε湍流模型的欧拉-欧拉多相流模型可以重现旋风分离器内的气、固两相流动特点,并应用于旋风分离器的优化设计。     

催化裂化装置四旋分离系统内气相流场的数值研究

采用雷诺应力模型(RSM)对两种催化裂化装置四旋分离系统内气相流动的三维流场进行数值模拟,分析了两种第四级旋风分离系统（简称四旋）内气相流场的特点。结果表明：在传统式结构中,储料罐内部分区域气流向上运动,不利于颗粒沉降,料腿内产生气流反窜现象,四旋内存在偏流,影响颗粒输送,结构设计不合理是导致颗粒堵塞的主要原因;改进式结构中,储料罐内气相速度很小,有利于颗粒沉降,料腿中周期性的二次涡影响颗粒的气力输送,可能对壁面产生磨损,四旋分离空间内流场稳定,有利于颗粒分离,改进式结构可以有效避免颗粒堵塞现象的发生。两种结构内部气相流场的对比为合理设计四旋分离系统结构提供了参考依据。     

液-液水力旋流器的模拟试验

液-液水力旋流器是一种新型的油水分离器。主要是由旋流腔、收缩腔、尾维、尾管和溢流管组成，分离机理为离心沉降。用有机玻璃制成的液-液水力旋流器的模拟试验结果表明，其分离效率与污水中的含油浓度无关，而随进口流量的增大而增大；当液-液水力旋流器的几何结构确定以后，进口流量随进口压力增大而增大。用计算机仿真与用激光实测所得的水力旋流器内的流场分布基本吻合，故其可作为样机设计的理论指导。液-液水力旋流器具有分离效率高、处理量大、重量轻、占地面积小、无运动部件、维修费用低等优点、特别适用于海洋钻井平台和边远油田的污水处理。     

旋流器排砂浓度正交试验

油井产液除砂对旋流器的要求主要是提高底流口排砂浓度，以减小底流二次处理的难度。结合油田产液含砂的实际情况，借助于正交试验手段，讨论了影响旋流器底流口排砂浓度的几个主要因素，指出底流口直径是影响底流口排砂浓度的最显著因素。并给出了适于油井产液除砂的旋流器的最佳水力几何尺寸。