深水钻井井筒气液两相溢流特征及其识别方法

墨西哥湾发生的井喷表明深水溢流早期检测与可靠识别存在问题。对深水钻井过程地层气体侵入井筒后与非牛顿流体的钻井液形成的气液两相流型特征的研究，发现钻井液循环与非循环期间沿井筒流型分布差异大。钻井液循环期间发生气侵后在近钻头处多为泡状流，而在非循环期间多为段塞流。深水钻井气侵后当气体运移到隔水管时多呈段塞流型，地面溢出体积...     

气侵期间环空气液两相流动研究

本文建立了描述钻井气侵期间井眼气液两相流偏微分方程组,该方程组既考虑了不同渗透率的储层与储层钻开不同厚度下的气体侵入井眼情况,也给出了这种情况下该偏微分方程组的求解方法。利用实验数据进行了模拟,揭示了环空气液两相流型与流动参数变化特征,据此,能够为安全有效地井控提供理论基础。     

气液两相流体绕方柱流动的数值模拟

本文详细给出了气液两相流动双流体模型下的各控制方程组和相间作用力,通过将气泡引起的紊流与剪切引起的紊流线性叠加给出了气液两相流动的紊流模型。通过给出的边界条件,采用ＩＴＡ－ＩＰＳＡ算法对垂直上升的气液两相流横向冲刷方柱引起漩涡证替脱落的过程进行了数值模拟,得到了流场和局部含气率变化的示意图,数值模拟与试验的结果基本一致。     

气液两相流中的声速研究

气液两相流在工业各领域中广泛存在,而声速是描述其声学性质的一个重要参数。本文从流体的体积弹性模量的定义出发,推导了气液两相流中的声速随含气率的变化关系式,即混合流体的Wood声速公式,将其声速的部分计算结果和其他作者的实验数据进行了比较,吻合良好。并通过COMSOL有限元模拟软件得到不同气体分布下圆管谐振腔最低阶模式的共振频率,间接数值模拟研究了含气率对声速的影响。模拟结果与理论计算结果一致,当气液两相流中含气率较低时,声速随含气率的增大急剧减小。本研究结果为确定声速与气液两相流中的含气率间的关系提供了参考依据。     

气液两相流相含率测量新方法研究

本文基于电容耦合式非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C~4D)技术,提出了一种气液两相流相含率测量新方法。该方法基于新型六电极阵列式C~4D传感器,首先获取气液两相流电导信号,然后利用所获电导信号,结合LS-SVM回归方法分别建立三种典型流型(泡状流、环状流和层状流)的相含率测量模型。实际测量时根据流型选择相应的相含率测量模型,计算获得相含率。在内径为47.5 mm管径下进行相含率测量静态实验,研究结果表明,所提出的气液两相流相含率测量新方法是可行、有效的。在三种典型流型下的相含率测量最大绝对误差均小于9%。     

气液两相流速度及粒径分布激光干涉测量方法的研究

为了实现对气液两相流的粒子粒径、空间分布及其速度测量。对激光干涉气液两相流测量技术（ILIDS）进行了深入研究,该技术是一种应州于气液两相流测量的新技术,其主要优点是不干扰流场和颗粒粒径、位置测量精度高。基于该技术所开发的图像自动处理方法可以利用普通粒子成像测量技术系统拍摄气液两相流的激光散射干涉图像。并利用图像卷积定位、傅里叶变换频率分析及其图像互相关测速等图像处理手段从干涉图像中自动提取粒子的位置、直径和速度信息。为了验证该方法的测量精度,对喷嘴生成的气水两相流进行了测量实验,得到了喷嘴出口处不同区域的粒径、速度矢量的空间分布,并将测得的速度矢量与用粒子成像测量技术方法测得的结果进行对比,证明两种方法测量的平均速度差别仅为0．38％。     

高密度和高粘度比率下气液两相流动的数值模拟

本文在VOF方法的基础上,采用粗细两套网格对高密度和高粘度比率下的气液两相流动模拟进行了研究分析.在细网格中求解流体体积函数方程,在粗网格中采用交错网格求解动量方程和压力修正方程,通过粗细网格间的数据传递获得求解动量方程时需要的准确的界面密度和粘度及控制体密度,克服了高密度和高粘度比率下通过插值方法计算界面密度和粘度及控制体密度带来较大误差的困难,保证了质量和动量同时守恒.高密度和高粘度比率下气液两相流动中气液交界面处密度、速度和压力急剧变化,为了保证格式的有界性和稳定性,采用稳定的有界高阶组合格式STOIC.最后模拟了不同工况下气泡在液体中的运动,并通过实验和模拟结果验证了方法的可行性及准确性.     

离心式喷嘴内气液两相流动的数值模拟

求解三维不可压NS方程,并应用VOF方法捕获气液分界面,计算不同压降下离心式喷嘴内的气液两相流动状况,研究了不同压降对喷嘴内流动的影响。计算很好地模拟了喷嘴内的气液两相流动,并得到了出口液膜速度、喷雾锥角以及液膜厚度等参数,数值计算所得结果同试验符合得较好,好于经验公式的结果。     

磁场作用下气液两相混合流动的数值研究

本文采用流体体积法(Volume of fluid,VOF)捕捉气–液态金属两相的交界面,数值研究了有、无外加磁场作用时不同工质对的气–液态金属两相流体在多入口磁流体发电通道中的混合流动过程。结果表明,气–液两相流体在通道中形成了具有周期性变化的两相流型。液态金属密度与气体密度的比值h较大时,分层流中液态金属速度的变化范围较大,但流动较稳定;h较小时,液态金属的界面容易断裂而形成柱状流,使气–液两相流体的接触面积减小,降低了气体对液态金属的携带能力。在磁场的作用下,洛伦兹力抑制了液态金属的流动,削弱了气体对液态金属的携带能力,使三维时空流型的变化周期缩短。     

基于非接触电导的气液两相流参数检测系统

研究了电容耦合式非接触电导检测技术(C~4D)应用于气液两相流测量的可行性,建立了一套基于非接触电导的毫米级气液两相流参数检测系统。利用所建立的系统,在内径为5 mm,9 mm的水平管上进行了气液两相流实验,获得了不同流型下的电导测量信号,并对段塞流、波状流、泡状流和环状流四种典型流型下的电导信号进行了分析与比较。研究结果表明,所建立的基于非接触电导的气液两相流参数检测系统是有效的,C~4D技术应用于气液两相流参数测量是可行的。不同流型下所获的电导信号特征均表现出明显差异,有望用于流型辨识。     

气液团状流内界面波运动模型研究

为了揭示团状流中夹带液滴的产生机理,本文建立了气液团状流内界面波运动模型。该模型可以预测界面波沿壁而的运动规律及界面波特性(波幅、波速)的变化特点,理论解释团状流扰动性大的特点。结果表明:当气速较小或液速较大时,界面波在运动过程中存在反转现象,当进入环状流时,反转现象消失。界面波波速与最大波幅均随气、液速度的增大而增大,而临界波幅主要受气速的影响。通过与实验结果对比,证明该模型可以较好地反映界面波在团状流条件下的运动特点。     

水平管液塞区相分布特征研究

设计建造了研究段塞流中液塞卷吸气体的实验装置,采用双头电导探针测量了水平管内固定液塞区域的局部相分布。液塞区含气率的径向分布存在峰值,表明液塞区存在湍流剪切层。随着进入液塞距离增大,含气率峰值减小,峰值对应的径向位置升高。这说明湍流剪切层内的湍流程度减弱,剪切层厚度变大。提出了计算水平管液塞截面平均含气率的方法,发现随着进入液塞距离的增大,截面平均含气率首先迅速减小,然后逐渐趋于稳定。     

气固两相流中流型和电荷分布的可视化研究

提出了一种非侵入式同时测量气固两相流型和电荷分布的可视化测试方法。数值仿真结果表明,ECT提供的介电常数分布信息可用于修正实际流型下的EST电荷灵敏场,降低了电荷分布反演的不确定性,EST的图像重建误差有所减小,有效的提高了电荷分布反演的精度。将该测试方法分别应用于粉体重力输送系统和高压密相气力输送系统,结果表明重力输送试验中颗粒浓度大的区域电荷密度值较大,而在气力输送试验中,颗粒浓度大的区域,电荷密度值反而较小,且随着管内煤粉颗粒浓度的增加,粉体总的电荷强度值减小。     

Influence of Fluid Flow Distribution in Micro-Channel Arrays to Phase Transition Processes

Microstructured heat exchangers are well suited for such phase transition processes as evaporation of liquids due to their heat transfer capabilities, being two to three orders of magnitude higher than those of conventional heat transfer devices. Controlling liquid evaporation inside micro-channels to provide full evaporation in a stable way is not trivial. In most cases, such instabilities as slug flow, bubbly flow, or vapor clogging occur, based on cross-talk possibilities between the individual micro-channels of a channel array, normally caused by open void inlet structures. Therefore, fluid inlet distribution is inhomogeneous, which results, in the best case, in a parabolic shape of a stable evaporation frontline. The parabolic shape occurs due to the residence time distribution of the fluid, generated by shorter path length in the array center and longer ones in the outer areas of the micro-channel array. Computational fluid dynamics simulation approves this result. Such a frontline can be kept stable when the process parameters are well controlled. Small deviations of the inlet parameters may lead to strong disturbances of the evaporation process, destabilizing it. When changing the inlet fluid distribution system to provide the most equal flow distribution possible, the span of the parabolic shape of the evaporation frontline can be reduced drastically. Finally, a stable evaporation frontline perpendicular to flow direction can be obtained. This status is no longer very sensitive to process deviations.

This article presents an optimized micro-channel device for the optical investigation of phase transition phenomena. The device allows the exchange of integrated micro-channel arrays to investigate different designs for their suitability. It is separated into three independent sections, which can be heated or cooled individually. Therefore, very strict and rapid temperature jumps can be obtained within relatively short distances. The micro-channel array foils used for the experiments have been manufactured by mechanical micro-machining. Thus, the cross-sections of the micro-channels are always rectangular. Hydraulic diameter and length of the micro-channels, as well as the shape of the inlet and outlet voids, can be varied. Using a simple triangular or rectangular open inlet void, a stable evaporation line was generated, showing a parabolic shape. Depending on the mass flow and the size and shape of the inlet void, the span of the parabolic arc was influenceable.     

水流侵蚀联合热辅助法水合物相变及分布特性

天然气水合物被认为是一种未来潜在替代能源,据估计全球大约90％的水合物分布在海底沉积层中.本文考虑到海洋环境中海水资源巨大,且表层海水的温度高于水合物储层,采用海水-气两相流动结合热辅助法分解水合物,并利用核磁共振成像系统可视地分析了水合物相变特性及空间分布规律.结果表明,水合物相变首先出现在反应釜入口处,随后水合物相...     

任意两个相干态的叠加态的相位分布和Wigner函数(英文)

从相位分布和Wigner函数两个方面研究了任意两个相干态|β〉and |mβeiδ〉的叠加态的量子统计性质.结果表明这种叠加态的非经典特性与β2,振幅系数m,相干态间的位相差δ以及叠加系数间的位相差都有关.当参量选择合适,这种叠加态存在着量子效应.计算了两个相干态等几率混合系综的相位分布和Wigner函数,经过与前者比较,结果表明由于相干项的存在,使得叠加态具有很好的量子力学行为.     

集输-S型立管内气液两相流流型的PSD特征

在集输-S型柔性立管系统中实验研究了空气-水两相流的流型,研究了不同流型下立管段压差波动信号的频域特征,分析了压差波动信号的功率谱特性(PSD)。结果表明,随着流型由严重段塞流向稳定流动的转变,立管压差波动信号的能量值逐渐降低,能量值的频率范围逐渐升高。不同流型的功率谱能量值及主峰所在频率存在很大差别,压差信号的功率谱密度函数可作为识别S型柔性立管系统中流型的有效手段。     

Mathematical Analysis for Peristaltic Flow of Two Phase Nanofluid in a Curved Channel

This paper describes the theoretical analysis for peristaltic motion of water base nanoBuid containing distinct types of the nanoparticles like Cu,TiO_2,and Al_2O_3.Equations of nano Quid are modelled and simplified by constructing the suppositions of low Reynolds number as well as long wave length.The reduced equations are solved exactly.Solutions are represented through graphs.Outcomes for the velocity,temperature,pressure rise and stream lines are analyzed graphically.The work presented here is based on the fictitious values,however some other values can be tested experimentally.     

Mathematical Analysis for Peristaltic Flow of Two Phase Nanofluid in a Curved Channel

This paper describes the theoretical analysis for peristaltic motion of water base nanofluid containing distinct types of the nanoparticles like Cu, TiO₂, and Al₂O₃. Equations of nano fluid are modelled and simplified by constructing the suppositions of low Reynolds number as well as long wave length. The reduced equations are solved exactly. Solutions are represented through graphs. Outcomes for the velocity, temperature, pressure rise and stream lines are analyzed graphically. The work presented here is based on the fictitious values, however some other values can be tested experimentally.