大管径油气两相流流型变化机理的研究

本文对大直径水平和不同倾角的倾斜管道内油气混输流动的流型及流行转换进行了研究,探讨大直径油气混输管道不同倾斜度油气两相流动过程中段塞流的形成机理。在大型多相流流动模拟实验装置上,模拟油气在大直径管道内的混输流动。通过改变倾斜角度,研究倾角分别为1°、5°以及10°下的油气两相流流型及流型转换的特性,实验结果表明,倾斜角度对段塞流流型的产生及其变化影响显著。     

油水分散流超声互相关流速测量方法

针对水平管道中油水分散流流速测量问题,提出一种基于超声互相关的测量方法。通过在水平管道上间隔一定距离的上下游安装两对超声探头获取油水两相流流动过程中的随机波动信号,针对离散相和连续相之间的相对滑动,将互相关方法与漂移模型和运动波理论相结合,并考虑流速分布和含率分布对流速测量带来的影响,在连续相不同的情况下分别建立两相流总表观流速的测量模型,并采用油水两相流实际流动状态的实验数据计算模型参数。结果表明,测量模型对流型具有依赖性,漂移速度是离散相含率的函数。通过实验数据对模型进行验证,针对不同流型选取不同参数计算得到的总表观流速与实际流速能够较好吻合,相对误差在6.12%以内。     

钢管和有机玻璃管油水两相摩擦压降比较实验

本文对水平放置的内径为40 mm的钢管和有机玻璃管内的油水两相流动摩擦压降特性进行了比较实验研究.从实验方面含水率和混合流速等因素对钢管和有机玻璃管内油水两相油滴分散流摩擦阻力压降规律的影响进行了详细研究.实验结果表明:含水率和混合流速是影响压降的主要因素;在本实验范围内,除了分层流区域以外,有机玻璃管内的油水两相摩擦阻力压力梯度大于钢管内油水两相摩擦阻力压力梯度.     

基于相场方法的孔隙尺度油水两相流体流动模拟

基于真实岩心颗粒粒径分布，利用过程法构建疏松砂岩油藏的三维孔隙结构模型，利用相场方法建立两相流体流动数学模型并利用有限元方法进行求解，研究驱替速度、流体性质、润湿性对剩余油分布以及采出程度的影响.结果表明：驱替速度的增大和油水粘度比的减小会导致较大的毛管数，进而有利于采出程度的提高；就润湿性而言，水湿条件下毛管力是水驱油的动力，而在油湿条件下是阻力，因此水湿岩心采出程度更高.同时，从孔隙尺度对油水渗流机理及剩余油分布机理进行揭示，结果表明：由于多孔介质的复杂孔隙结构，流体在流经不同孔隙时呈现不同的流动特征，进而对油水两相流整体的压力分布、流速分布造成重要影响.     

水平管内油水两相流流型及其转换规律研究

本文对水平放置圆管内的油水液液两相流的流型及其转变特性进行了实验研究,定义了不同流动条件下油水两相流的流型,并由实验所得数据给出了水平圆管内油水液液两相流的流型图。进而讨论了各流型之间的转变机理,并考察了影响流型的因素。采用无量纲准则数以及半理论公式对流型转变进行了预测,结果与实验数据基本吻合。并与他人的实验数据也进行了比较。     

集输立管内非稳定流压差波动特性实验研究

实验研究了集输-立管系统内空气水的两相流动,将其流动结构分为稳定和非稳定两大类流型并建立宽广流速范围内的流型图;揭示了非稳定流动中不规则流型流动特性及其形成机理;集输-立管系统内液相的逐渐积累是不稳定阶段建立的关键因素,多次喷发导致系统内液量的大量减少,在低折算液速下不能及时弥补减少量是稳定阶段建立的主要因素。实验发现,中高折算速度条件下,立管整体压差波动幅度与水平管段压差波动幅度均随折算速度的增大先增大后减小;而在低折算速度条件下,则表现为单调递减的变化规律;并建立了各自相应的压差波动特性等高线图。     

垂直上升管中油水两相流流型辨识

基于运动波理论本文建立了垂直上升管中油水两相流运动波传播方程,计算得到了管内无仪器插入体情况下油水两相流运动波传播速度特性曲线,根据曲线特征确定了油水两相流过渡流型存在于持水率大于0.25并小于0.5区间,应用该流型辨识准则对Govier等实验观察到的油水两相流流型试验点进行了辨识,取得了较好对比效果。此外还使用Flores等击碎聚合机理性模型验证了本文的辨识流型图,并与之结合产生了更加细化的合成流型图。     

油水两相在不同展角裂缝中的水平流动特性

在缝宽7 mm、缝展198 mm、缝长3000 mm的裂缝中,选择缝展方向与水平方向成0°、45°和90°展角布置,研究了裂缝展角对油水两相流水平流动特性的影响,并与圆管中的油水两相流进行了比较.研究表明,展角对油水两相流的流型有一定影响,对混合度系数与有效黏度则影响不大,对"水包油"和"油包水"相态逆转的发生影响不大.对应于相同的流速和含油率,不同展角裂缝以及圆管中的油水两相流,其有效黏度几乎相同.     

高质量流速下立式螺旋管内汽液两相传热特性研究

对高质量流速下立式螺旋管内高压汽液两相流沸腾传热特性进行了试验研究,参数范围为:系统压力8.0～15.0MPa;质量流速2500～4000kg/m2s;壁面热流密度200～1000kW/m2;实验段为Φ14的不锈钢管弯制而成的螺旋管直径比为D/d=30.1的管圈,总长为2.335m,考察了热流密度和质量流速对两相传热的影响,分析核态沸腾和两相强制对流沸腾机理在螺旋管内两相传热中所起的作用,得到了局部传热系数的分布特性和平均传热系数计算关联式,首次发现高质量流速区域内螺旋管内汽液两相传热效果亦趋近于相同条件下直管内的换热系数,并对已有的结论进行了分类比较分析.     

油水两相流水包油流型多尺度排列熵分析

采用多尺度排列熵算法研究了垂直油水两相流水包油流型的多尺度动力学特性.首先,在内径为20 mm的垂直管道内采集了油水两相流水包油流型电导传感器波动信号,然后计算了不同流动工况下电导波动信号的多尺度排列熵值.研究发现多尺度排列熵率与均值可定量刻画水包油流型动力学复杂性;此外,提出了通过增量时间序列累积量与多尺度排列熵率联合分布识别三种不同水包油流型的新途径.     

柔性管内油水环状流流动结构数值模拟

海洋中柔性管道受到外界猛烈撞击，撞击物的不同会导致管道内流道结构发生不同的改变.为探寻流道结构变化对环状流动结构的影响规律，采用N-S方程和湍流模型描述流体运动，用VoF模型与CSF模型追踪油水界面，建立数值方程与分析模型，分析流道不同形式的结构变形、不同程度变形和不同流速下油水环状流在管内的湍动能和漩涡结构演变，及环状流流型的演变和压力场的演变.分析结果表明:凹陷变形程度越大，漩涡的强度及面积越大，V形变形影响远大于○形变形影响，环状流的流型发生改变时仍然保持着水相包裹油相的稳定状态，最大压缩区域的油水界面压强也随之增大，且增速变大.所得结论对研究油水环状流在柔性管道运输中的稳定性具有一定指导意义.      

双环电导探针测量油水两相流相反转的实验研究

本文有别于常规观察法和压降法,采用自行设计的双环电导探针技术,根据油水混合物的电学特性来实验测定和判断油水两相流动中相反转的发生,实验中还同时测量了油水两相流的流动压降以及实验段内的平均截面含水率,以验证电导探针测量结果。实验结果表明:油水两相流相反转发生在水相表观速度较低而油相表观速度较高的情况下,可以通过双环探针的信号较精确地确定反相点发生的范围,该范围内油水两相流的流动佐证了压降陡增为相反转的发生。     

有气流扰动下管流油水混合物粘度实验测量与计算模型

采用局部即时取样方法对水平管内油气水三相流动情况下各种混合比例的复杂混合物的流动粘度进行了实验研究,实验工质采用46号机械油、自来水和空气。以实验数据为基础提出了考虑流动参数变化影响的反相点预测关联式。考虑到管内油水两相的混合发展过程,以局部即时取样的实验数据为基础,提出了一个气流扰动下管内流动条件下油水混合物粘度的预测关系式,该模型考虑了油水两相本身的物性以及流动因素的影响。指出考虑流动参数影响的粘度预测模型能大大提高油气水三相流动情况下油水混合物实测粘度的预测精度。     

表面活性剂对倾斜上升气液两相流流型的影响

应用电导断层测量技术研究表面活性剂添加对倾斜上升气液两相流流型的影响,实验工质为空气/水、空气/100 mg/kg十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液。结果表明,当倾角较小时(2.5°和5°),添加少量纯度为95％的SDS到空气/水两相流系统,可以推迟了分层流型向环状流型的转换,使其发生在较高的气体流速条件下;与水平流动的实验结果类似,在本文的实验条件下没有观测到表面活性剂对塞状流型、弹状流型转换特性的影响。随着倾角的增大(10°),表面活性剂添加对气液两相流流型的影响更为显著,在空气/水气液两相流系统中没有观测到分层流动,而加入表面活性剂后在一定范围内存在分层流动。     

缝洞型油藏溶洞内底水锥进现象的可视化研究

设计与建立了研究大尺度溶洞内近井地带油水两相流动特性的可视化实验系统,通过摄像机记录了水锥从形成到突破油层的过程,研究了水锥产生的机理和演变特性,同时得到了水锥高度与油层厚度随流量的变化关系。实验结果表明:水锥形成初期,油水界面存在轻微波动;水锥变化过程中,出现锥顶凹陷;底水突破油层时,锥顶处油水存在轻微混合;水锥高度与油层厚度变化率随流量的增大而增加。     

流量分配对逆流微通道内流动沸腾影响的研究

微通道内的沸腾两相流动是解决高热流密度下微电子设备散热最有潜力的手段之一。本文基于逆流式微通道热沉设计,实验研究了不同流量调配下逆流式微通道内的流动沸腾特性。讨论了流量分配对微通道内流动沸腾过程中传热特性、压降分布和壁面温度演化规律的影响。实验结果表明：当逆流式通道两侧的质量流量相同时,壁面呈现较好的温度均匀性,且两侧流动压降基本保持一致。两侧流量相差越大,其对应最大两相压降偏差越大。逆流式微通道的壁面温度分布和局部热点的位置可以通过改变两侧质量流量的大小实现有效控制。同时,微通道内流体的演化周期同样可以根据两侧质量流量的高低实现调控。     

冰浆流动换热特性的综述及模拟分析

综述冰浆输送过程和在换热器中的流动换热特性研究现状。目前对冰浆流动特性研究主要是为了解决输送冷流体过程中的压降、摩阻系数等问题,输送途径主要是直管、弯管,可控因变量包括含冰率、管道直径、冰浆粘度、流速、Re数等参数。此外,还对冰浆在水平直管中流动情况进行了数值模拟,提出了最值冰浆浓度和第一临界速度、第二临界速度等参数,并推测冰浆流动换热应从三段进行考虑。冰浆在换热器中的流动换热过程与管道输送相比,通道结构更复杂导致阻力损失变大、换热增强、相变程度大,同时还要考虑固体颗粒与流体之间的耦合作用,因此目前的研究主要停留在实验阶段,在实验基础上进行半经验公式的推导。基础性理论研究主要涉及两相流动、颗粒力学和相变潜热三方面。此外,对未来研究方向提出几点建议,尤其是应从微观颗粒受力和晶体结构角度探讨冰浆的流动换热情况,脱离原有单相流体研究方式,冰浆颗粒流动至少分三段研究。     

压裂液返排冲刷支撑剂颗粒的DEM-CFD模拟研究

支撑剂回流是压裂液返排过程中重点问题之一。目前普遍认为压裂液返排流速对于支撑剂颗粒堆的稳定性具有重要影响,并有研究明确了压裂液返排的临界流速条件。本文通过计算流体力学和离散颗粒元(CFD-DEM)的耦合仿真,对目前已有的支撑剂回流临界返排流速计算模型进行验证,研究了支撑剂颗粒参数(粒径和密度)和流道次缝对于临界返排流速的影响并揭示了相应的流动机理。研究结果可为优化压裂液返排流程提供理论指导。     

油水两相流质量流量小波网络软测量模型研究

在工业过程中,油水两相流的测量非常重要.本文研究了一种油水质量流量的软测量方法.此方法采用V型内锥测量油水两相流差压信号,构建了一个多输入单输出的自适应小波网络用于逼近油水两相流质量流量模型,实现总质量流量的软测量.研究重点是均相的油水两相流在水平管道中的质量流量测量.实验结果表明,结合V型内锥差压测量和自适应小波神经网络的软测量方法可以应用于均相的油水两相流的总质量流量测量,测量误差较小.     

螺旋管内高压汽水两相流动沸腾干涸点的研究

在较宽的实验参数范围内(系统压力P=8～15 MPa,质量流速G=800～1800 kg·m~(-2)·s~(-1),壁面热流密度q_w=200～950 kW·m~(-2))对一立式螺旋管内(管内径为10 mm,螺旋直径为300 mm,节距为50 mm)汽水两相流动沸腾干涸特性进行了实验研究。通过研究,获得了干涸发生时螺旋管圈壁温的分布特征以及压力、质量流速和壁面热流密度这三个参数对临界干度的影响规律。同时在实验数据的基础上,提出了一个适用于计算螺旋管内高压高含汽率工况下汽水两相流临界干度的经验关系式。