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。     

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。     

水平微通道内油水两相流压降实验研究

测试了油相及水相流体在水力学直径为895 μm的矩形铜基微通道内的单相及两相流摩擦压降,并将实验数据与已有的单相及两相流摩擦压降预测模型进行对比。主要考察油相、水相质量通量及两者比率对摩擦系数及压降的影响。结果表明,油的摩擦系数显著高于水的摩擦系数,Hagen?Poiseuille方程能够准确预测微通道内油或水的单相流体压降;油相及水相质量通量均显著影响液?液两相流压降,油水两相流体流量越大,油相含量越高,两相摩擦压降越高;Cicchitti模型能够相对准确地预测油水两相流体混合黏度。为提升预测准确度,建立了油水两相流摩擦系数预测关联式,预测值与实验值吻合较好。     

T型管内两相流分配特性数值模拟

T型管内气液两相流分配不均易导致换热器偏流和受热不均。为了优化T型管内气液两相流流动,以FLUENT为模拟软件,以流体流动参数和管子几何结构为研究变量,对T型管内流体流动进行数值模拟。发现流体入口液相体积分数越大,入口速度越小,液滴粒径越小,越利于流体均布;同时支管衔接处采取弯管结构较直管结构优越,其中入口速度对流体分布影响最明显,速度相差3个数值即可优化两个出口液相体积分数比差10%左右。结果表明,相应改变流体流动参数和管子几何结构能有效优化T型管内流体流动。     

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。     

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.     

水平管内汽液两相流流型及换热特性数值模拟

为研究水平管内相变汽液两相流动流型变化,使用VOF模型和RSM湍流模型对其进行了数值模拟,分析了水平管内对流换热、压降及流型的变化．模拟结果表明:VOF模型和RSM湍流模型可用于模拟两相流流型中的泡状流、分层流、波状流、弹状流以及环状流;模拟结果与Mandhane流型图基本吻合;对流换热系数及压降与已有关联式吻合较好．     

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。     

T型集输管路油水两相流数值模拟

针对我国油田含水率较高的特点,建立油水两相均质流模型。采用有限体积法,压力速度耦合PISO算法对T型管内油水两相流动进行数值模拟,研究不同管径比对T型管路内局部阻力的影响。经计算得到T型管路内压力、速度的分布情况。结果表明,局部阻力最大的位置在主管和支管交汇处,明显大于交汇前后的摩擦阻力,而且不同管径比对交汇处的局部阻力损失影响很大,随着垂直支管管径的增大,局部阻力损失会相应增大。此外,由于交汇后的主管流量大于交汇前的主管流量,交汇后的摩擦阻力均大于交汇前的摩擦阻力。     

油-水列管式换热器流场的数值模拟

根据某工程用油-水列管式换热器结构,建立了其数值模型,采用前处理软件icem cfd对求解域进行离散,获得非结构化网格,然后利用计算流体力学(CFD)软件fluent求解油-水列管式换热器的流场,得到了该油-水列管式换热器的温度场、压力场和流线图。仿真结果分析表明:采用CFD软件数值模拟流场,所得结果可信,可作为传统设计方法的有益补充,且可对该换热器结构进行诸多优化。     

高含水期水平管油气水三相流动数值模拟

由于油气水三相间存在着不稳定的混合界面,在不同的条件下可产生多种流型。采用VOF多相流模型对水平管道中油气水三相流动进行数值模拟,得出在不同含气体积分数、含油体积分数、黏度及流速条件下油气水三相在水平管道中流动的相分布图。分析可知,在高含水期,随着含气体积分数的增加,流型由气泡流发展成分层流;随着混合物流速的增长,流型由分层流发展成段塞流。含气体积分数和混合物流速对流型有较大的影响。含油体积分数和原油黏度对流型的影响不明显。计算结果与相关理论比较吻合,对实际工程具有一定的指导意义。     

明渠水气两相流数值模拟

本文采用紊流代数应力模型计算了明渠强迫掺气水流掺气设施后的两相流动,通过求解气相的质量守恒方程求得两相混合物的掺入浓度分布。算例与实验资料比较,结果基本吻合,表明这种模型是合理可行的。     

分解炉内气固两相流场的数值模拟及流场分析

针对分解炉内复杂的气固两相湍流运动,建立了几何模型并利用FLUENT软件对其流场进行了数值模拟分析,得出了流场运动的规律,并根据结论对该炉型提出了改进措施.     

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。     

水平井润湿性反转堵水的数值模拟研究

水平井堵水技术是提高水平井原油采收率的一项关键技术,通过对毛管压力方程的分析,明确了水平井润湿反转堵水的机理,建立了水平井润湿反转的模型,并运用数值模拟方法证明了润湿反转堵水的可行性。