旋流器分散相液滴受力分析──液─液水力旋流器速度场研究之五

通过对液一液水力旋流器速度场的测试与理论分析,指出分散相液滴在径向所受的力主要有：切向加速度产生的离心力,其方向远离轴心;径向压力场产生的径向力,其方向指向轴心;径向运动阻力──斯托克斯力,其方向指向器壁;旋转流场产生的马格纳斯为,其方向在外涡流区指向轴心,在内涡流区远离轴心。此外,分散相液滴在切向速度梯度影响下还受切向应力作用,使液滴破碎和乳化。依据给出的计算公式,可以计算各力的大小和方向,进而分析其对分离性能的影响。     

旋流器分散相液滴受力分析

通过对液－液水力旋流器速度场的测试与理论分析,指出分散相液滴在同和主要有：Ａ发向加速度产生的离心力,其方向远离轴心;径向压力场产生的径向力,其方向指向轴心;径向运动阻力－－斯托克斯力,共方向指向器壁;旋转流场产生的马格纳斯力,其方向在外涡充区指向轴心,在内涡流区远离轴心。此外,分散相液滴在切向速度梯度影响下还受到切向应力作用,使液滴破碎和乳化。依据给出的计算公式,可以计算和力的大小和方向,进而分析     

液-液旋流器中分散相液滴破碎机理研究

根据液-液旋流器涡流场和切向速度的特点,探讨了分散相液滴破碎的主要原因,粘性剪切力主 要使液滴变形;雷诺剪切应力则导致液滴破碎;并分析出旋流器中液滴易发生破碎的几个主要部位。在 总结前人研究成果的基础上,归纳出3种描述分散相液滴的形变与破裂的临界条件,为研究液-液旋流器 分散相液滴破碎机理提供依据。     

涡流排液采气的液滴动力学分析与螺旋角优化

井下涡流排液采气是一种新型排采技术,目前对于涡流排液采气井筒旋流场液相受力特性和运动规律的认识仍然不清楚。为此,根据两相流体动力学理论,对井筒旋流场中液滴的受力特性进行分析,得到了液滴沿轴向和径向的运动方程,并对Basset力、虚拟质量力、Magnus力、Saffman力和Stokes力等典型作用力进行了量级比较。同时,以液滴所受垂直向上合力最大为原则,推导了涡流工具最优螺旋角公式;在所建立的液滴受力模型基础上,全面分析了各项作用力的成因、特点和方向。结果表明:1经过量级比较,可以忽略影响较小的视质量力、Basset力和对流体积力;2与常规井筒流场相比,旋流场中液滴在垂向增加了向上的离心力分量,有利于液滴向上运移。进而采用实例分析验证了最优螺旋角公式的可靠性,并且发现:随着井深减小,气体携液能力增强、最优螺旋角增大。该研究成果对于现场井下涡流工具优化设计和涡流排液采气作业具有指导意义。     

井下涡流排液采气井筒临界携液量计算

井下涡流排液采气是一项新技术,目前缺乏对井筒涡流场临界携液流量的理论研究。根据两相流体动力学理论,对井筒涡流场中的液滴进行受力分析,得到液滴沿轴向和径向的运动方程,然后通过量级比较,忽略虚拟质量力和Basset力,建立简化的液滴垂向受力平衡方程,推导出涡流场临界携液流速与流量公式。现场实例分析表明:理论计算的涡流场临界携液流量比常规流场的临界携液流量平均降低26.4%;随着螺旋角增大,临界携液流量先增大后减小,存在一个使临界携液流量最小的螺旋角。井下涡流排液技术可使临界携液流量大幅降低,有效提高气井携液能力,排除井筒积液。     

液-液水力旋流器中液滴的径向受力分析

水力旋流器采用离心分离原理,即液流沿切向进入旋流器内产生高速旋转,在离心力作用下轻分散相向中心轴运移,从溢流口排出;重分散相向器壁运移,从底流口排出,从而实现两相分离.尽管其分离原理简单,但旋流器内流场十分复杂,为三维螺旋运动,因此,分散相液滴的受力也极其复杂.水力旋流器的分离机理研究是液-液旋流分离技术开发与应用中的一个难点,其中液滴的受力分析是基础.     

液—液水力旋流器中流滴的径向受力分析

水力旋流器采用离心分离原理,即液流沿切向进入旋流器内产生高速旋转,在离心力作用下轻分散相向中心轴运移,从溢流口排出;重分散相向器壁运移,从底流口排出,从而实现两相分离。尽管其分离原理简单,但旋流器内流场十分复杂,为三维螺旋运动,因此,分散相液滴的受力也极其复杂。水力旋流器的分离机理研究是液—液旋     

乳化油液水击谐波破乳技术的机理研究

对水击谐波破乳的机理进行了分析,在此基础上建立了分散相液滴的力学平衡方程,并进行了水击谐波破乳实验。分析和讨论了在水击谐波场中分散相液滴由于受到水击谐波强迫振动力而相互聚集的原因和特点,从分散相液滴的聚集、变形、碰撞和聚结等几个阶段探讨了水击谐波破乳的机理,得到分散相液滴在水击谐波场作用下的运动规律。实验结果表明,在水击谐波场中分散相液滴在一定波长范围相互聚集,水击谐波的频率对分散相液滴聚集有一定的影响;随分散相液滴粒径和密度的增大,分散相液滴聚集能力增强,有利于破乳。     

液-液旋流器分离效率预测理论模型

通过分析液-液旋流器内分散相油滴在连续相水中运动所受的Newton阻力、Stokes阻力和Oseen阻力的不同计算公式,在相关假设前提下,建立了油滴的运动方程。根据重相分离和轻相分离对迁移速度影响的分析,得出分散相液滴迁移运动轨迹。考虑到分散相油滴粒径的不均匀性,推导了不同粒径油滴对应的分离效率,建立了粒径与分离效率的关系即粒级效率关系,从而可从理论上预测液-液旋流器的分离性能。     

液-液水力旋流器油水乳化机理研究

为了提高液-液水力旋流器的分离效率,避免油水在分离过程中产生严重的乳化现象,根据流体力学及旋流器的基本理论和方法,深入研究了液-液水力旋流器产生乳化现象的机理,并根据研究结果分析了产生乳化现象的主要影响因素。考虑到工程实际应用特将其与液-液水力旋流器的结构参数、操作参数及进料物性参数结合,逐一分析其对油水产生乳化的影响。分析结果表明,粘度μ、流量Q、入口速度v、分散相表面张力σ对油水乳化起关键作用,在设计和操作时应充分考虑。这项研究可为优化旋流器的结构设计,降低乳化程度,获得最佳的分离效率提供理论参考。     

物系性质对搅拌釜内液—液分散系液滴大小及其分布的影响

本文研究物系性质对搅拌釜内液-液分散系性质的影响.重点考察了较高粘性分散相的液漓大小及分布规律。实验揭示了分散相粘性和相界面张力对于平均液滴直径有交联作用,即不同水平的相界面张力之下,对于不同的分散相粘性的液滴,相界面张力对于平均液滴直径d_(32)影响不同.以此为基础,解释了不同文献所报道的实验结果差异的原因.同时作者还推荐了一个经验性关联式:(?)具有粘性分散相的液-液分散体系中的反应,在聚合反应过程中占据重要的地位.作为最终产品的聚合物颗粒大小及其分布往往受到聚合过程中液滴大小及分布状态所控制.     

液液水力旋流器压力场分布测试研究

设计了压力场测试的实验工艺结构，利用高精度动态压力测量装置，测试出不同操作参数下液液水力旋流器大锥段、小锥段及尾管段的不同径向位置的压力场分布情况。对测得的压力场分布结果进行了分析，得出了旋流器内径向与轴向压力场的分布规律，验证了压力场分布规律的可靠性。同时对所采用测试方法进行分析。     

影响水力旋流器除油效率的因素

给出了除油水力旋流器的常用技术术语，分析了分散相（油）液滴在旋流器旋转力场中所受的静分离力，并讨论了影响除油水力旋流器分离效率的因素，表明，油水密度差是影响分离效率的重要因素，油滴平均直径越小，分离效率越低，设计时应尽量简化旋流器上游流程，避免设备，管阀对液流的剪切；除油水旋流器的流量调节比为３－６，当旋流器在最大，最小流量范围内工作时，流量对除油效率的影响较小，除油水力旋流器的最佳分流比为０．５     

考虑界面张力和液滴变形影响的携液临界流量模型

现有的携液临界流量模型通常认为界面张力及曳力系数为常数,忽略温度及压力对界面张力、液滴尺寸及液滴变形对曳力系数的影响,造成预测携液临界流量的结果与实际结果有较大差异。为了更准确预测气井携液临界流量,首先通过分段拟合界面张力实验数据,建立界面张力公式,然后引入变形液滴曳力系数公式及液滴变形程度和液滴尺寸之间的关系式,得到考虑界面张力和液滴变形影响的携液临界流量模型。研究结果表明,温度越高,压力越大,界面张力越小,携液临界流量越小;液滴尺寸越大,液滴变形越严重,液滴高宽比越小,曳力系数越大,携液临界流量越小。实验表明,模型预测数据与气井微观液滴积液实验数据基本吻合一致,其准确度远远高于Turner模型和李闽模型。新模型能够更加准确预测不同液滴尺寸下的携液临界流量,符合气田开发规律,为油气田开发提供技术指导。     

气井携液临界流量研究

准确计算携液临界流量对采气工程方案编制有很重要意义。根据最新的研究成果,液滴在气流的作用下呈高宽比接近0.9的椭球体。在这种情况下,计算气井携液临界流量需要考虑液滴形变的影响。在分析了前人携液模型和产水气井携液流动机理的基础上,考虑了液滴内部流动对曳力系数的影响,建立了新的气井携液临界流量计算模型。     

天然气井下涡流工具排液效果影响因素分析

大庆天然气田目前采用涡流工具进行气井排液,但在部分井中排液效果不明显。根据气液2相流理论,应用SolidWorks软件建立涡流工具模型,应用Fluent软件进行仿真计算,分析天然气流速、井底含水率和涡流工具结构对其排液效果的影响。分析结果表明,天然气流速、含水体积分数和涡流工具螺旋片的正截面形状是影响涡流工具排液效果的主要因素。具体表现为:天然气流速越大,工具排液效果越好;井底含水体积分数小于10%时,排液效果不明显;井底含水体积分数大于10%时,含水体积分数越高,排液效果越明显;螺旋片正截面为矩形比为梯形时的排液效果更理想;螺旋片的旋转方向(左旋和右旋)对工具的排液效果影响不大。     

轨迹分析法预测液—液水力旋流器的效率

在液－液分离方面，水力旋流器日益成为通用设备，越来越有必要找出最佳的方法对其效率进行估算。目前使用的效率理论是在水力放心流器内速度分布的基础上对固－液分离理论的发展，而这些理论不适合分散相略轻于连续相的乳化液，如油－水乳化液。此文提出了以小滴轨迹分析为基础的效率计算。     

考虑液滴变形和流动条件的气井连续携液预测新方法

Turner模型和李闽模型是国内外气田现场应用广泛的临界携液流量模型,二者均没有考虑流动条件对携液气量的影响,将曳力系数取为常数,而高度湍流区雷诺数的变化对曳力系数影响较大,从而使模型的计算结果与现场实际数据吻合度较低。基于这一问题,考虑液滴变形对携液气量的影响,并引入GP模型计算高度湍流区液滴的曳力系数,建立了基于高度湍流条件下的气井临界携液流量模型。新模型提出了一种简化的液滴变形参数计算方法,并考虑了高度湍流区曳力系数随雷诺数的变化。将新模型与Turner模型、李闽模型进行对比和验证,结果表明,新模型的预测结果与气井实际数据吻合最好,可以准确预测高度湍流条件下气井临界携液流量,对于气井的合理配产具有指导作用。     

影响水力旋流器除油效率的因素

给出了除油水力旋流器的常用技术术语，分析了分散相（油）液滴在旋流器旋转为场中所受的静分离力，并讨论了影响除油水力旋流器分离效率的因素。结果表明，油水密度差是影响分离效率的重要因素；油滴平均直径越小，分离效率越低，设计时应尽量简化旋流器上游流程，避免设备、管阀对液流的剪切；除油水力旋流器的流量调节比为3～6，当旋流器在最大、最小流量范围内工作时，流量时除油效率的影响较小；除油水力旋流器的最佳分流比为0．5％～5％，它与入口液流的含油浓度有关。     

油水旋流分离器流场数值模拟研究

以大涡模型为基础,对双锥形液-液旋流分离器进行数值模拟,研究液-液旋流分离器内部流场的压力分布、速度分布和湍动能分布规律。模拟结果表明,静压的分布基本符合组合涡流场的压力分布规律;轴向速度沿径向几乎呈轴对称分布,在轴心区域径向速度梯度比较大,说明在旋流器中心附近产生的内旋流场是分离的有效区域;在轴截面50 mm处湍动能的分布呈现出两头翘、中间凹的结构,亦称"浴盆"结构。比较发现,模拟结果与试验结果较接近,这为进一步研究旋流器分离机理及结构优化设计奠定了基础。