基于滑速比的气水两相流气相流量计算方法研究

目前对气水两相流的分相流量的研究中,多是针对两相流总流量和液相分相流量进行,对气相分相流量的研究很少.本文利用文丘里管和含气率传感器对空气水两相流气相流量计算方法进行了研究,在均相流模型基础上考虑了滑速比因素造成的影响,探讨了两相流气相流量计算方法.结果表明,该方法相对于传统的均相流模型在计算精度上得到了显著提高.     

长腰内锥流量计的特性研究

内锥式流量计在多相流测量中的应用逐渐受到广大多相流研究工作者的重视。针对内锥式流量计在多相流测量中存在的一些问题,提出一种新型的环形通道式差压流量计—长腰内锥流量计。通过理论推导得出流量方程及永久压损与流量的关系式,并通过在水相、油相、气相条件下的标定实验,定量分析流出系数与永久压损等特性。结果表明:在长腰内锥体腰部取低压可以在保证差压信号幅值的情况下提高其稳定性、重复性;长腰内锥流量计节流件的轮廓及固定方式可以显著地减小永久压损。为后期开发新型多相流测量仪器提供理论依据与设计基础。     

螺旋轴流式油气多相泵的性能预测模型

本文建立的性能预测模型考虑了气相的可压缩性和沿流道的截面面积的变化,介绍了数值模拟的方法和步骤。利用该模型讨论了几何参数和不同操作条件下对过流部件内含气率和静压分布的影响。第一代多相泵实验的结果与预测结果相符。在含气率小于３０％时,二者结果比较一致;在含气率大于 ４０％时,误差加大。     

应用单相流量计测量油水两相流

为探讨单相流量计用于液液两相流参数测量的可行性和有效性,本文对文丘里管、涡轮流量计和椭圆齿轮流量计用于油水两相流测量的响应特性进行了实验研究.文丘里管和涡轮流量计的实验管径为15 mm,25 mm,40 mm,椭圆齿轮流量计的实验管径为25 mm和40 mm.油水两相流总体积流量范围为1～5 m3/h,油含率范围为15%～85%.实验结果表明,文丘里管在高油含率时测得的油水两相流流量比实际流量偏大4%～5%.涡轮流量计的测量误差随油含率升高呈现增大的趋势,最大测量洪差小于5%.椭圆齿轮流量计用于油水两相流测量时相对测量误差小于1.0%且基本不受油含率影响.     

海洋集输立管系统严重段塞流转变模型研究

结合严重段塞流的形成机理,研究了立管底部压力与集输管道中流体压力的变化规律,建立了过渡流型向严重段塞流、稳定流转变的准则模型。对比Lockhart-Martinelli参数法和Beggs-Brill公式法在气液两相流含气率的预报效果,并将流型转变模型的预报结果与实验结果对比,结果表明:采用Beggs-Brill公式计算气液两相流含气率时具较高的精度,同时本文流型转变预报模型的预报值与实验结果吻合很好,从而可以为海洋集输立管系统的优化设计提供理论依据。     

蒸汽-水冷凝泡状流含气率分布

以双流体模型为基础,将前人实验得到的相界面浓度,相界面传热系数,气泡上升速度计算式引入双流体模型用来预测冷凝泡状流沿流动方向的含气率分布。模型预测结果与实验数据的比较结果表明,该模型能较好地模拟蒸汽-水冷凝泡状流含气率沿流动方向分布。     

钻井气液两相流体溢流与分布特征研究

常规钻井返出管线敞口,钻井液在返出管线中流动为非满管流动,小气侵量时,泥浆池液面变化不明显,检测装置无法测量液面变化,钻井液返出流量无法测量或者测量误差较大,无法感知小流量差的变化。本文基于气液两相流理论建立了井筒气液两相流参数与井口溢流速度的关系模型,计算表明气侵速度越大,气泡运移距井口越近,井口溢流速度越大。并以空气和钻井液(非牛顿流体)为介质,基于VOF多相流模型,模拟了钻井液返出流量变化时气液界面变化情况,分析了纯钻井液和不同含气率钻井液在返出管线流动时液面变化特征,得出纯钻井液流动时喇叭口处液面变化最明显,优化液面检测装置安装在喇叭上,更能准确及时地检测液面变化早期发现溢流,进气速度影响返出管线钻井液液面稳定性。     

Coriolis流量计在油水两相流中的误差特性研究

在油水两相流实验回路上,用Coriolis质量流量计对油水两相流中的流量和含水率的误差特性进行了实验研究。实测了含水率的相对误差随含水率的变化特性。实验结果也证明质量流量和体积流量的相对误差在含水率0-100％范围内都较小,且在同一含水率下,流量越大,精度越高。实验所用的Coriolis质量流量计通径为25 mm,实验范围为:体积流量1.2 m3/h～2.4 m3/h,含水率0-100％。     

疏水表面减阻的格子Boltzmann方法数值模拟

采用格子Boltzmann方法的多松弛模型和Shan-Chen多相流模型对雷诺数为100的疏水表面方柱绕流进行了数值模拟, 分析了疏水表面接触角和来流含气率对方柱绕流流场的影响. 研究结果表明: 疏水表面接触角一定时, 来流含气率在一定范围内, 疏水表面具有减阻的能力, 超出这一范围时会出现阻力系数、升力系数升高的现象, 同时在方柱近壁面处伴随涡的形成产生了气团脱落; 当来流含气率处于适当水平时, 接触角越大, 绕流物体近壁面处含气率越稳定, 减阻效果越明显. 分析发现疏水表面减阻的关键在于保证近壁面处气层的稳定性, 此时接触角越大, 减阻效果越明显. 本文从含气率角度出发分析疏水表面的减阻现象, 为进一步探索疏水表面减阻机理提出了新的思路.     

底吹气体搅拌下熔池内流场的研究

本文对底吹气体搅拌下水模型熔池流场进行了研究。以流函数、涡量为主要应变量,采用K-8湍流双方程模型,气液两相区的浮力模型及边界条件构成数学模型,应用spalding计算湍流迥流的方法,数值求解得到熔池流场涡量、流函数、湍动能、湍动能耗散率、涡旋粘性系数、速度、含气率及密度等的分布,计算的速度分布及流谱与实验测定的相吻合。     

泡状流三维模拟及壁面润滑力模型比较

采用双流体模型耦合界面浓度输运方程,对竖直上升管内泡状流进行了三维模拟。结合Wang(1987)的泡状流测量实验,研究了不同壁面润滑力作用下管道界面含气率的分布特征。通过实验测量结果与各种壁面润滑力模型计算结果的对比,分析了各种模型对含气率分布的影响。结果表明,Tomiyama及Frank的模型具有相似的特性,高估了壁面润滑力的大小。而Antal的模型作用范围过于狭小,对气泡分布的峰值的预测偏差很大。Hosokawa的模型则较好地预测了本文工况含气率的分布。     

泡状流三维模拟及壁面润滑力模型比较EI北大核心CSCD

采用双流体模型耦合界面浓度输运方程,对竖直上升管内泡状流进行了三维模拟。结合Wang(1987)的泡状流测量实验,研究了不同壁面润滑力作用下管道界面含气率的分布特征。通过实验测量结果与各种壁面润滑力模型计算结果的对比,分析了各种模型对含气率分布的影响。结果表明,Tomiyama及Frank的模型具有相似的特性,高估了壁面润滑力的大小。而Antal的模型作用范围过于狭小,对气泡分布的峰值的预测偏差很大。Hosokawa的模型则较好地预测了本文工况含气率的分布。     

基于文丘里管和涡轮流量计的液液两相流测量

本文研究了运用单相流量计组合进行液液两相流参数测量的方法.该方法首先通过静态混合器将液液两相流混合成为均相流,然后利用文丘里管获得两相流差压,利用涡轮流量计获得两相流总体积流量,最后通过液液两相流测量模型获得液液两相流总体积流量、总质量流量、混合密度以及分相流量.初步实验结果表明该方法是可行的,在总体积流量1～6 m3/h,油含率15%～85%的范围内,可有效地测量液液两相流的总体积流量、总质量流量和两相流混合密度,测量相对误差在5%以内,但液液两相流分相流量测量相对误差较大,仍需进一步研究.     

应用多传感器时间融合的塞状流测量研究

气液两相流由于其自身的复杂性,流型、流量等流动参数的测量一直是研究的重点和难点.应用多传感器数据融合技术测量气液两相流可以从多角度揭示流体信息,提高流动参数的测量精度.多传感器系统主要由截面信息测量系统和V型内锥式流量计构成,在利用相关技术对截面测量信息与V型内锥式流量计的测量数据进行时间融合的基础上,对水平管气液塞状流经行了分段式的流量测量.测量中将气塞和液塞分开计算,并引入了等效干度的计算,通过对实验结果进行的误差比较,验证了该方法是可行的,而且能一定程度上提高测量精度.     

柱塞气举过程中气液瞬态密封性研究

柱塞气举排水采气工艺具有良好的技术经济性,深刻掌握其流体动力学机理与系统规律,是改善其工业应用效果的关键。本文以柱状柱塞及其上部含气液柱为研究对象,通过受力分析建立柱塞气举瞬态泄漏量物理模型;利用有限差分方法实现模型求解;结合室内实验实现模型验证与应用。新模型考虑了柱塞举升过程中的液体泄漏,也考虑了举升液柱含气率的瞬态变化,更贴近实际工况。揭示了柱塞气举过程中举升压差、柱塞上行速度、液体泄漏流量和举升液柱含气率的瞬态变化过程;发现积液液柱含气率随着举升过程逐渐增大;柱塞上行瞬时速度与加速度共同影响液体泄漏,液体泄漏流量随着举升过程先增大后减小。     

垂直上升管内气-液两相环状流截面含气率的数学模型

模型是建立在压力能量消耗率最小的原理上的,其基本原理是:在气-液两相流的流型中,环状流具有相当稳定的流动状态。根据流体力学的原理,任何系统都趋向于处在能量最小的稳定状态,所以在环状流的稳定流动状态下具有的能量应该最小。提出了计算截面含气率的压力能量消耗率模型,结果表明:模型计算结果与实验结果基本相吻合。     

低不凝性气体含量下水平螺旋扁管管束中的沸腾换热实验研究

以汽油和空气为工质,在低质量含气率的条件下,对导程分别为100 mm和150 mm的螺旋扁管管束外的沸腾换热进行了实验研究。得到了沸腾换热系数随质量含气率变化的基本规律。在不凝性气体含量较低的情况下沸腾换热系数随质量含气率的增加而增加;当继续增加不凝性气体时,沸腾换热系数受到了一定的抑制。采用渐进逼近模型给出了低含气率条件下的沸腾换热系数准则方程。将用准则方程计算的三种流量下的两相沸腾换热系数与实验处理值进行比较,误差均在6%以内。     

智能型多相流量计现场试验研究

本文首先简要介绍了我们自主开发的智能型多相流量计的基本原理,包括气相流量和液相流量计量,以及液相含水率的计量。继而,对工业样机的现场试验条件以及试验结果进行了详细的论述。数据表明:该多相流量计工业样机的液相流量计量相对误差在±8%以内,其中95%以上位于±5%范围内;气相流量计量相对误差在±20%以内,其中67%在±5%以内,88%在±10%以内,98%在±15%范围内;液相含水率绝对误差在±2%以内。该工业样机计量精度可以满足油田生产的需要。     

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。     

翅片管气化器管内相变传热流动数值模拟

采用Fluent多相流混合物模型,通过用户自定义程序(UDF)实现了液氮相变模拟,模拟了不同进口流速对翅片管气化器管内流体换热量、压力降、含气率及汽化体积的影响,并分析了各参数随进口流速改变而变化的原因。由数值模拟可知,翅片管内流体进出口焓差、含气率及单位质量汽化体积随进口流速的增加而减少,而压力降和总换热量随进口流速的增加而增大,其中压力降增大的主要原因是由加速压降引起。