聚合物减阻对多相流传热的影响研究

本文采用内径为40 mm的API X52石油管,建立了包括水平管,倾斜上升管、倾斜下降管和垂直上升管等不同管型的实验回路,实验研究了不同管型中聚合物的减阻性能及其对多相流传热的影响,分析了多相流减阻率与传热降低率两者间的相互关系.研究发现,聚合物减阻对于多相流传热的影响,因不同的管道型态而具有不同的变化规律;减阻率为6...     

油气水多相流压力和压差信号特征分析与流型在线识别

在宽广的实验参数范围内测量了水平管内油气水多相流动时压力和压差信号，对信号的时域、频域、小波尺度域、分形等特征进行了提取与分析；建立了流型的规则识别和模式识别的融合方法。经过实验测试，该方法可以识别出泡状流、分层流、间歇流和环状流，流型识别率高于９０％．     

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.     

高含气率油气水多相流流量计算模型研究

针对目前截面含气率超过80%的油田多相流流量计量中普遍存在的总质量流量和分相流量计量精度低等问题,利用经典文丘里流量计和相参数传感器在多相流实验装置上对油气水三相流流量计算模型进行了研究,改进了传统的文丘里多相流计算模型,建立了基于干度和滑速比的高含气率多相流流量计算模型。实验结果表明,本文提出的高含气率下多相流流量计算模型具有较高的精度,从而为现场高含气率多相流计量提供了一种新的方法。     

环状集输水平管内油-气-水三相流流型试验研究

目前我国东部陆上油田大部分已进入特高含水采油期,绝大多数油井综合含水率已超过85%,部分油井已达到95%。油-气-水三相流型是特高含水混输技术界限确定、水力热力计算方法研究及集输系统科学运行管理的基础。为了研究大庆低渗透油田环状集输水平管道内油-气-水三相流型,研制一套流型试验装置,进行了一系列试验研究,获得了1360组油气水三相流型图及相应的流动参数。对采集到的流型及试验数据进行分析,首次总结出水平环状集输管道中油-气-水三相流的五种流型,分别为分层流、三层扰动流、波浪冲击流、气弹掺混流和完全掺混流。同时给出了每种流型对应的参数范围,并对每种流动形态及典型特征进行了解释。     

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.      

电阻层析成像技术在两相流测量中的应用

过程层析成像技术能实时提供封闭管道、容器等过程设备内物场运动状态的二／三维测量信息,它为解决两相流参数的检测问题提供一种新的途径。本文以基于电学敏感原理的电阻层析成像技术为测量手段,实现在多相流实验装置上对气／水、油／水两相流二维／三维时空分布信息的实际测量;介绍了基于测量数据特性分析的在线流型识别技术和相含率的估计方法,应用现代数据处理和模式识别技术进行数据融合与提取,实现两相管流流型识别和分相含率的估计;通过开展相关测量的研究,初步实现两相流中离散相流量的测量。     

基于γ射线的多相流检测系统

多相流体特征参数的准确测量是国际上亟待发展的探索性研究课题,断层成像技术是多相流检测技术的一个重要研究方向。本系统利用射线透射原理,结合多相流复杂多变的流动特性,设计了基于γ射线的多相流在线检测系统。该系统由探测单元、数据采集及信号处理单元、计算机图像重建单元三部分组成,其中探测单元采用5个能量为59.5 keV的241Am源,5组CdZnTe半导体探测器阵列均匀分布于管道截面实现实时同步检测。为提高探测精度,设计了由低噪声电荷灵敏前置放大单元、具有零极点相消的低噪声主放大单元以及滤波单元组成的低噪声探测电路。测试结果表明,常温下系统对于59.5 keV的241Am源,其能量分辨率为4.38%。应用实验测试数据,利用滤波反投影算法对多相流的典型流型进行了图像重建,实验表明该系统的有效性。     

人工构建二维准晶复合结构的减阻特性研究

采用旋转锥板式剪切力测试系统,测试了人工构建的具有五次、八次、十次、十二次对称性的二维准晶结构对甘油和水混合液的减阻性能,并与随机排列结构和周期排列结构的流阻进行了对比.对比试验发现：准晶结构具有显著的减阻效果,其中具有十二次对称性的二维准晶结构减阻效应最大,在剪切率为200—2000 s^-1时,剪切力减小的幅度从15%—9%,其最大减阻量可达到15.4%.进一步在所构建的大尺度二维准晶结构的表面,再复合制备微/纳米粗糙结构,这两种尺度的结构协和作用,可实现减阻效果明显提高. 关键词： 准晶结构 粗糙结构 十二次对称性 减阻     

利用微气泡减小平板湍流摩阻实验研究

设计了一套实验装置研究微气泡减阻的效果.采用高速摄像机对二维平板微气泡湍流边界层进行了定量的可视化观察,用天平测量了平板的摩擦阻力,分析了不同通气量、来流速度、浮力对减阻性能的影响.结果表明,微气泡在高Reynolds数（Re=106）的流动中有效地减小了摩擦阻力,最大减阻率达到36%,证实了微气泡能显著降低平板摩擦阻力,实验结果也表明,随气体流量增加,减阻率增加.      

表面张力对疏水微结构表面减阻的影响

通过构造具有棋盘状微结构的疏水表面,考虑表面张力的影响,利用定常与非定常结合的数值模拟方法,研究了疏水表面在湍流状态下的减阻特性以及微结构内气体封存的效果,其中Re=3000—30000.在低雷诺数下,疏水表面微结构内气体封存状态良好,减阻率最高约为30%;随着雷诺数的增大,压差阻力增大,减阻率有下降趋势.当来流速度过大时,水会大量进入微结构,疏水表面的减阻率变化剧烈,且已经不再减阻.结果表明,表面张力削弱了壁面切应力的影响,使得低雷诺数下微结构内气体能够有效封存,进而减小壁面阻力.     

螺旋管内气液固三相流颗粒相分布规律

为了深入认识螺旋管多相流相分离现象,并为新型螺旋管除砂器设计提供指导,本文应用马尔文粒度仪,测量了螺旋管气水砂三相流底部水平段液膜中的颗粒浓度和粒度分布。研究表明:在泡状流和分层流条件下,螺旋管底部水平段可形成稳定的连续液膜流动;在宽广的气速范围内,液膜中的颗粒浓度分布规律均为内弯侧较低、外弯侧较高,说明螺旋管除砂器对于实际生产中流动工况的变化具有良好的适应性;泡状流中提高气速有利于分离;分层流中在中等气速条件下外弯侧颗粒浓度最大,中等气速是相分离的最佳操作工况。     

叶片式混输泵内气液两相流的数值计算

气液两相流的数值模拟是多相混输技术研究中的一个难点.本文假定混输泵叶轮内为泡状流动,基于雷诺时均N-S方程和气液两相双流体模型,采用SIMPLEC算法,对叶片式混输泵叶轮内部两相三维紊流流场进行了数值计算,分析了水气混合工况下的流场分布特点.对含气率GVF=15%工况下的扬程特性进行了预测并与试验结果进行对比.数值计算结果表明,混输泵叶轮流道采用较小的径向尺寸差能较好地避免离心力所引起的气液分离,防止气堵现象的发生;叶轮进口部分存在的低压旋涡区容易使气体积聚,因此有必要进一步改进叶轮进口区的水力设计.     

气体/表面活性剂水溶液两相流流型的断层测量

应用电导断层测量技术研究表面活性剂添加对水平管内气液两相流流型的影响,实验工质为空气/水、空气/100mg/kg十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液。结果表明,表面活性剂的添加明显影响波状分层流向环状流型的转换;同时光滑分层流型也拓展到较高的气体流速范围;研究中没有观察到表面性剂对塞状流与弹状流转换的影响。     

Mechanism of controlling turbulent channel flow with the effect of spanwise Lorentz force distribution

A direct numerical simulation(DNS) is performed to investigate the control effect and mechanism of turbulent channel flow with the distribution of spanwise Lorentz force. A sinusoidal distribution of constant spanwise Lorentz force is selected, of which the control effects, such as flow characters, mean Reynolds stress, and drag reductions, at different parameters of amplitude A and wave number k_x are discussed. The results indicate that the control effects vary with the parameter A and k_x. With the increase of A, the drag reduction rate D_r first increases and then decreases rapidly at low k_x,and slowly at high k_x. The low drag reduction(or even drag increase) is due to a weak suppression or even the enhancements of the random velocity fluctuation and mean Reynolds stress. The efficient drag reduction is due to the quasi-streamwise vortex structure induced by Lorentz force, which contributes to suppressing the random velocity fluctuation and mean Reynolds stress, and the negative vorticity improves the distribution of streamwise velocity. Therefore, the optimal control effect with a drag reduction of up to 58% can be obtained.     

Thermalhydraulic Characteristics in Annular Pebble Beds with Axial and Radial Gas Flows

The purpose of this article is to determine the heat transfer and hydraulic drag in thin annular pebble beds with axial gas flow and investigate the flow distribution along annular pebble beds with radial flow. The experimental investigations showed that in thin annular pebble beds heat transfer values, equal to those for large (unlimited) pebble beds, could be achieved. The observed distributions of the radial flow in annular pebble beds demonstrated that regulation of flow distribution is possible by changing the permeability of the inner wall (outlet header) of the annular channel.