卧底管-悬链线立管严重段塞流数值模拟

POT深海油气田投产前优选并构建了卧底管-悬链线立管集输系统,严重段塞流的预防及影响因素分析至关重要。该文基于卧底管-悬链线立管结构参数及生产参数设计,应用OLGA软件对管线内的流动进行数值模拟,计算分析产量和气液比等生产参数对流型的影响,预测严重段塞流并描绘严重段塞流的流型特征,监测不同产量及气液比情况下立管内最大液塞长度及立管底部最大压力波动值。计算结果表明,卧底管-悬链线立管结构参数设计合理,设计的生产参数范围内不会产生严重段塞流,而在低产量情况下严重段塞流特征规律明显。计算分析产量及气液比与流型的关系,绘制了严重段塞流流型区间预测图。计算得出立管内最大液塞长度及立管底部最大压力波动值,着重分析节流法在抑制严重段塞流中的效果,得到节流阀开度为0.2的POT深海油气田最优化结果,为严重段塞流的预防提供依据。     

立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究

立管系统作为最基本的结构单元,目前已被广泛应用于海洋工程各领域中。而伴随着现场采出液复杂的气液混合状态,对于立管系统中的气液两相流动问题,越来越引起学术界和工程界的广泛关注。该文分别针对立管系统中最常见的两种流型:泡状流和段塞流进行了研究。在绘制流型图的基础上,针对上述两种流型的转捩边界进行了划分。其中,对于泡状流中发生的速度滑移现象进行了定量化描述,并采用漂移流模型进行了简要分析。另一方面,给出了段塞速度、段塞频率、以及段塞长度等特征参量,随表观流速增大的变化趋势。此外,对于压差信号的功率谱密度分析,可能将对在线流型识别产生积极影响。     

曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟

气液两相流广泛存在于水利工程、废水处理等领域,其在气液装置中的流型流态及速度场分布可直接影响装置运行效能。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对圆柱形气液装置进行PIV实验,获得了准确的气液两相流气相速度场分布;在充分考虑湍流、曳力、升力、湍流分散力等作用下,采用欧拉-欧拉双流体模型和气泡群平衡模型对气液两相流流场进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行验证,所得结果误差控制在10%左右。结果表明,本文提出的模拟方法在气液两相流模拟中能够得到较准确的两相流动规律和速度场分布情况。     

鼓泡塔内气液两相流动力特性数值模拟研究

利用CFD软件模拟的方法研究鼓泡塔内气液两相流动力特性,为鼓泡塔的设计提供依据。采用欧拉-欧拉双流体模型分别结合标准k-ε紊流模型和RNG k-ε紊流模型对鼓泡塔内气液两相流进行数值模拟,并使用Phase Coupled SIMPLE算法进行速度与压力耦合求解。比较鼓泡塔内轴截面(y=0)处不同高度液相速度和气相速度的变化情况,发现速度沿径向呈现出抛物线分布,沿水深方向越接近通气孔,速度越大,且气相速度整体大于液相速度。通过将z=0.28 m处的垂向液相速度与实验值比较,得出欧拉-欧拉双流体模型结合标准k-ε紊流模型模拟鼓泡塔气液两相流动力特性优于RNG k-ε模型,且发现上升力对模拟结果有显著的影响。     

曝气池内气液混合液两相流力学特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉多相流模型和标准k-ε湍流模型对曝气池内气液两相流力学特性进行数值模拟研究。速度与压力的耦合求解采用了Phase-Coupled-SIMPLE算法。对中心截面(y=0.025 m)在(z=0.71 m)测线上垂向速度的模拟值与实验值进行比较分析,结果吻合较好。结果表明:当表观气速较小时,进口气速对曝气池上方混合液的垂向速度影响较小;当表观气速较大时,整个曝气池中心截面(y=0.025 m)呈现中心垂向速度大,靠近两侧边壁的垂向速度小,且为负值的规律。并且发现气泡在上升的过程中由于附壁效应容易产生摆动,表观气速越大,附壁效应越明显。通过对曝气池内不同气体速度下池内力学特性的分析研究,以期对曝气池的设计运行提供参考。     

水平管道油-气-水三相段塞流动持液率模型研究

油-气-水三相段塞流型持液率预测往往先将油水两相看作混合均匀的单相，再利用气液两相方法进行计算。这种方法适用于油水混合均匀的段塞流型。但在低气液相流速下，油-气-水三相段塞流型中有时油水是分离的，此时如果使用上述方法，可能导致比较大的误差。研究建立了分离假塞流型（油基和水基）的平均持液率计算新模型。统计分析发现新建模型与实验数据吻合很好。在实验的基础上，将油-气-水三相段塞流型划分为油基／分离／段塞流、油基／分散／段塞流、水基份离／段塞流、水基份散／段塞流四种。研究四种流型表明，在其他条件不变的情况下，对于气液两相流动和分散／段塞流型，持液率随着液相折算速度或液相黏度的增加而增加，随着气相折算速度的增加而减少。但对油基／分离／段塞流和水基／分离／段塞流，持液率则随着气相折算速度的增加，先上升后下降。     

布设丁坝对60°弯道水流特性影响的数值模拟研究

分别采用RNG k-ε模型和大涡模型结合气液两相流模型对60°弯道内布设丁坝前后的水流特性进行了数值模拟研究,采用VOF法捕捉自由水面,采用隐式算法SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)求解速度与压力耦合方程组,有限体积法用来离散控制方程。对弯道内的水位、流速、弯道横比降的模拟值与实验值进行了比较分析,得出:大涡模型对弯道内水流流态的模拟精度较低,与之相比,采用RNG k-ε模型能更好地模拟出弯道内布设丁坝前后的流场特性。     

普通铸铁双立管通水能力试验研究

介绍了常流量法测试普通铸铁双立管排水系统的测试结果,研究普通铸铁双立管排水系统的通水能力和气压波动情况,利用排水系统水膜流理论分析通气立管与排水立管连接数量的不同对系统压力波动的影响,得到普通铸铁双立管通水能力的相关结论。     

气液段塞流在网管式分离器中的流动分离特性数值模拟研究

网管式分离器占地面积小,能够满足在线、低能耗及连续分离的要求,适用于深水、荒漠和山区等特殊环境下的多相分离。该文对气液段塞流在网管式分离器中的流动分离与流场演变过程进行了三维数值模拟,分析发现,支管间距为16倍直径的五根支管双层网管式分离器可以达到良好的分离效果,气液两相在前两根支管内存在激烈的流动竞争现象,对气液分离贡献最大。沿程支管的液柱高度逐渐下降,气液交界面愈加趋于稳定。随着气相体积分数的减小,段塞流在分离器主管中逐渐演变为气泡流。表明在该模拟的工况条件下,调整支管间距及个数可以达到较理想的分离效果。     

圆形弯管气液两相流数值模拟

采用双流体模型建立了基于贴体坐标和有限体积法的气液两相湍流全三维计算模型,模拟了180度圆形弯管内气液两相流动。模型中连续相(水)采用了考虑分散相(气泡)分布影响的κ-ε两方程的湍流模型;分散相采用代数湍流模型。模型将分散相按气泡分组,可以考虑不同尺寸气泡对流动的影响,提高了计算精度。在两种来流条件下,对180度圆弯管内部三维两相湍流进行了模拟,计算中将气泡按大小分为两组,通过数值模拟获得了弯管内部三维两相湍流的压力、速度和气泡体积率分布等数据。气泡体积率分布的计算结果与实测结果吻合良好。