管阀内油水环状流稳定性的流固耦合分析

为了研究管阀与两相流相互作用下的油水环状流稳定性,结合流固耦合模型和VOF模型,进行管阀与油水环状流的双向流固耦合分析,对管壁变形及剪切应力、油相体积分布、速度场进行数值模拟分析。结果表明,管壁变形与壁面剪切力作用的大小与面积随球阀开度变化而变化,管壁变形对油水环状流产生影响。在较小的球阀开度下,流固耦合对阀下游油水两相分布、漩涡强度有明显影响,容易使油水环状流失稳。而在大开度下,流固耦合对环状流无明显影响。在实际开闭阀门操作中应快速反应,减少阀门在小开度过程中的反应时间。     

V型调节球阀内部流场分析及空化预测

以某型号的V型调节球阀为研究对象,基于计算流体力学数值模拟的方法,采用Mixture混合相模型和Zwart Gerber Belamri空化模型对V型调节球阀三种不同开度下的内部流场进行分析,得到了其压力场分布和速度场分布.研究了阀内流体流动状况,并对阀内发生空化现象的区域以及空化强度进行了初步的分析和预测.分析结果表明:随着阀门开度的增大,阀内负压区后移,流速增大且阀内发生了流动分离;在V型阀口后及阀体后部靠近阀出口处发生了空化,随着开度的增大,空化强度增强.将二维与三维流道模型的数值模拟结果进行比较,定性分析时,两者可得到一致的结论;定量分析时,两者在模拟结果的数值上存在差异,三维模型更具有指导意义.     

不同物性的流体在球阀内流动结构研究

流体的物性参数对其在阀门内流动产生较大的影响.利用数值模拟方法分析不同物性的流体流经不同开度球阀时流动结构的变化情况,探讨流体的物性参数对其通过阀门时流动结构的影响规律.结果表明,不同物性参数的流体均表现出相似的流动结构变化趋势,进一步对比了不同开度下各流体在球阀后产生流动结构(射流与涡旋)的变化,其黏度越高,阀后流动结构的变化越迟缓,速度突变也越小.     

小波神经网络在油水两相流软测量中的应用

油水两相流流动参数的准确测量对于众多工业工程的有效监控具有重要作用.针对V型内锥测量油水两相流所获取的差压信号,提出了一种水平管道中油水两相流的质量流量软测量方法.采用的方法中构建了基于自适应小波神经网络的油水两相流质量流量软测量模型,实现了两相混合总质量流量的测量.实验测量结果与油水两相流的均质模型计算结果进行了比较.结果表明,基于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油水两相流的总质量流量测量,与理论的均质模型比较,测量误差较小.     

入流条件对球阀内油水环状流演变的影响规律研究

为了分析入流条件对球阀内油水环状流动状态的影响,采用VOF模型追踪油水界面,并用标准k-ε湍流模型描述湍流,建立油水环状流控制方程.分析了不同入流条件(速度、油相性质)下的油水环状流的油相体积分数、阀两端压力差、油相粘壁距离的变化.结果表明,油相流速增加,油相体积分数先增加而后趋于一定值,阀两端压力差呈现上升趋势,油相粘壁距离先下降而后上升.随着油相粘度增加,油相体积分数增加、阀2端压力差增加、粘壁距离降低.     

串并联管路条件下的油水两相流动综合模型

油水两相混合流动是油田开发过程中常见的流动形式。然而,目前的研究主要局限于单一恒径管道内,缺乏对并联或串联管路等复杂管路内流体流动的研究。本文基于管路串并联理论、流型转变准则、双流体模型和均相流模型,建立了复杂管路油水两相流动的综合模型,结合实例对该模型进行了验证,与数值模拟结果进行了比较。研究结果表明,该模型对油水两相在复杂管路中的分流情况和压降均表现出了良好的预测性,在两相体积含水率分别为0%~100%条件下,模型预测的绝对平均百分误差最高为14.4%,总体平均误差为9.8%。     

基于CFD的数字V型球阀特性研究

以数字v型球阀为研究对象,建立了阀门内流场几何模型与网格模型,运用CFD相关理论与软件,仿真分析了阀门内部的三维流场,得到了v型球阀恒压差、不同开度下的体积流量与相对流量等数据．研究了数字v型球阀相对体积流量与相对开度的关系、步进电机数字脉冲信号与阀门开度的关系及步进电机数字脉冲信号与阀门相对开度的关系．建立了数字v型球阀的理想流量特性曲线、位移曲线与静态特性曲线．     

矩形多阀板式气流控制阀的流量特性分析

本文以ANSYS Workbench为分析平台,采用其专业流体分析软件CFX模块对多板阀的流场进行数值模拟计算,获得阀门在不同开度下流道内详细的三维流场参数分布。通过对模拟试验结果的分析,得到阀门的流动特性,如流量系数、流阻系数。     

闭式循环振荡热管内气液两相流数值模拟

建立了考虑气液界面存在及其表面张力影响的较全面描述振荡热管内气液两相流动、传热传质和相变过程的气液两相流数理模型.模型中气液分布及界面运动采用VOF方法,表面张力影响采用CSF模型,对一典型闭式循环振荡热管起始工作阶段进行数值模拟.结果表明:所建立的模型成功模拟了振荡热管初始气液分布,启动阶段管内的泡状流、柱塞流、环状/半环状流和壁面回流等复杂气液流动流型和转变,以及起始循环阶段环状流和柱塞流在竖直管段内交替出现的现象.结果与相关定性实验观测非常一致,进而分析了启动阶段2个过渡管段内工质的流动及传热.分析表明在绝热段和冷凝段之间的过渡段,工质温度、压力和流型的变化明显,管内传热工况的转变主要发生在该区域内.     

水平井喷砂器内二次流数值仿真中湍流模型

针对水平井喷砂器内出现的二次流,分别采用标准k-ε模型,RNG k-ε模型和RSM模型进行模拟,将模拟结果进行对比分析,并同实验数据进行比较,结果表明RSM模型的模拟结果与实验数据吻合最好,能更准确地描述水平井喷砂器内二次流的流动特性.     

垂直管不同黏度下油气水三相流压降规律研究

为研究垂直管不同粘度油气水三相流压降变化规律以及建立新的三相流压降预测计算方法,依托于中石油气举试验基地多相流试验室,对垂直上升管道中不同粘度油相下的油气水三相流动进行模拟。在固定油水比条件下,通过调整不同油相粘度、气液比、气液流量等参数进行油气水三相流试验,研究油相粘度对油气水三相管流压降变化影响规律。利用CFD软件参考试验工况模拟油气水三相流动,确定在不同粘度条件下气液两相分布情况,通过CFD软件模拟确定油水两相在充分混合后可视为单一非牛顿流体混合相。基于CFD模型结果,将三相流看作油水混合相与气相的两相流动,考虑粘度对摩阻系数的影响,根据非牛顿流体剪切特性建立了新的摩阻系数计算方法,基于M-B模型重新建立了新的压力计算方法。对比试验数据与计算结果,发现压降计算模型误差范围在15%内,满足工程实际需求,说明压降模型具有实用性。     

多重阀门关闭降低高压管道水击压力的机理和实验研究

高压管道中阀门的关闭会产生水击压力,水击压力过大会破坏管道系统,造成严重的安全事故。提出一种多重阀门关闭降低水击的新方法。为了得到管道内水击压力,采用CFD软件仿真进行计算。多重阀门关闭方法相较于一般的单个阀门关闭,有效地降低了管道中产生的水击压力;并通过试验验证了多重阀关闭方法的有效性。在此基础上完成了双阀门关闭模型的各参数影响水击压力数值的模拟仿真计算,得到上游阀门开度、阀门关闭速度、两阀门间距对水击压力的影响规律。通过对比三阀门关闭模型的水击压力模拟仿真计算,得到双阀门是最优选择的结论。研究结果提出了一种降低高压管道中的水击压力的新方法,对高压管道的安全输送有重要意义。     

竖式移动床颗粒流动的研究

竖式移动床内通常进行着伴随传热传质的化学反应,研究床层内颗粒流动对强化床层气固热交换和化学反应具有重要的意义.以球团竖炉为背景,采用实验与模拟相结合,研究床层内颗粒流动基本规律.动力学模型和黏性流模型是计算床层颗粒流动的主要模型,且黏性流模型更适用于竖炉;结合模拟与实验结果,确定了动力模型中的待定系数为0.02 m,黏性流模型中的黏性系数为0.15 Pa.s;采用黏性流模型模拟得到,球团在竖炉内流动比较均匀,接近于"活塞流";焙烧带的倾斜壁面倾角对炉内球团顺行起很大作用.     

油水分离器中液滴流动模拟方法研究

对油气储运行业来说,油水两相流是不可避免的问题.然而储运设施中油水两相带来了一系列风险,因此油品在储运过程中进行油水分离处理是必要的.对油水两相流中液滴流动的实验观测和数值模拟这两种主要研究方法进行了分析比较,指出了当前实验水平所具有的模糊、定性化和不统一等问题.在此基础上,提出了基于CahnHilliard方程的相场模型,引入了"Shift-Matrix"矩阵快速解法,通过与LBM方法的对比来论证本算法优越性,并通过对不同条件下水滴和油滴的运移及融合过程的模拟,验证了本文模型和方法的可靠性和正确性,指出了当前在油水分离器设计中所采用公式的不足,从而能够为日后油气储运领域实际油水两相流过程的研究提供理论依据和技术基础.     

环喷式流量调节阀的流动特性

为了研究环喷式流量调节阀的流动特性,以DN900环喷式流量调节阀为例,首先运用局部能量损失分析方法,将通流部位分为三部分,通过理论计算得到不同开度下环喷式流量调节阀的流阻系数以及在50 m净水头下的流量系数和水头损失等;然后运用数值方法对环喷式流量调节阀通流过程进行数值模拟,得到了不同开度下的流阻系数以及在相同净水头下的流量系数和水头损失等,并对调节阀的内部流动特性进行分析。将两种方法计算得到的结果进行对比分析,结果表明,基于局部损失推导和数值计算得到的流阻系数具有相同的分布规律,即随着开度的减小流阻系数快速增长,且大开度时两种方法的计算结果吻合较好;同时流体流经阀门时会有旋涡出现,为改善阀门汽蚀情况可以在阀门中加入补气管。     

井筒中垂直泡状流传热实验研究

通过理论实验相结合的方法研究石油钻采过程中井筒内泡状流传热问题.根据井筒内泡状流流动特点,以传热学基本理论为基础,建立考虑泡状流流动参数分布的泡状流传热模型,并在模拟井筒多相流传热实验装置上进行了泡状流传热实验,对所建立的传热模型进行评价,研究传热规律.结果表明:建立的泡状流传热模型计算精度良好;泡状流对流换热系数随液体流量增大线性增加,随平均空隙率增大线性减小,液体流量是影响泡状流对流换热系数的主要因素.研究两相流传热要考虑流型自身的流动特点.     

大曲率结构化表面湍流流场特性对比研究

湍流模型选择对于小尺寸大曲率圆管内软性磨粒流湍流流场模拟计算具有重要影响.针对此问题,提出使用标准k-ε模型与考虑两相磨粒流平均流动中的旋转及旋流流动情况的重整化群(RNG)k-ε模型进行仿真对比研究的方法.基于颗粒动力学理论的欧拉模型,对软性磨粒流的控制方程进行求解.通过使用两种湍流模型,对小尺寸大曲率圆管内湍流流动进行仿真计算,得到了两湍流模型下软性磨粒流流场的速度、压力、湍动能等数值模拟结果.仿真结果对比分析表明:标准k-ε模型模拟得到的速度值与实验值存在一定误差,而RNG k-ε模型仿真的速度值误差相对较小;标准k-ε模型对湍动能的估值计算比RNG k-ε湍流模型高,难以计算有滞止点的流动过程;RNG k-ε湍流模型能更有效地模拟有大曲率带分离的湍流流动,从而证明该模型更适合小尺寸大曲率圆管内软性磨粒流湍流流动的研究.     

管道瞬态多流态混合流的扩散对流模型

管道明-满流及混合流流动过程的数值模拟存在计算稳定性差、成本高的问题，尤其在如岩溶区长期水动力预测方面，急需准确、稳定性强且成本低的物理数学模型。基于扩散波动近似和密度连续假设，该文考虑管道流动形式及流态变化过程，提出了多流态管道混合流扩散对流模型，并针对典型管道流问题进行了数值模拟来验证模型的适用性和准确性。结果表明，该模型的计算结果与理论解、 SWMM(storm water management model)结果及实验数据十分吻合，准确地模拟瞬时管道混合流动过程。相比SWMM,该模型减弱了在明-满流交替界面的数值振荡现象，计算稳定性更好，对时空离散要求更低。该模型可以为管道长期水动力过程模拟预测如岩溶管道流模拟等提供理论和方法支撑。     

基于fluent的弯管流动模拟研究

以工程实际中广泛应用的管道为基础,针对管道输送中的薄弱环节弯管部分,采用FLUENT流体力学数值模拟软件和有限体积法,建立油水两相流流场的数学模型,研究弯管油水两相流动的速度、压力、流线分部的特性.结果表明该数值仿真方法对两相流具有较好的模拟.     

缝洞型油藏裂缝内油水两相流动特征研究

基于缝洞型油藏裂缝的多尺度性,设计制作不同开度的裂缝模型,开展裂缝内水驱油可视化实验,分析重力分异、注水流速、驱替方向、裂缝开度等因素对油水流动形态与驱油效果的影响。研究结果表明:裂缝开度和注水流速会影响油水流动特征。水平方向驱替过程中,较低流速时注入水主要波及裂缝底部,存在最优注入流速使得水驱波及效果最优。垂直方向驱替过程中,随着注水流速的增加,水驱前缘由活塞式向非活塞式过渡,并逐渐出现前缘舌进现象。基于实验结果,建立垂直驱替时裂缝中油水两相流动形态识别图版,可用于预测不同裂缝开度和注水流速条件下裂缝内水驱油流动形态。