用表观黏度计算幂律流体摩阻的方法及其应用

在计算非牛顿含蜡原油管道输送的沿程摩阻时，通常采用幂律流体的摩阻计算公式．通过理论分析和算例验证表明，若紊流时雷诺数的计算采用管壁处的表观黏度，层流时雷诺数的计算采用距径向位置0．7788R处的表观黏度(R为管道半径)，则圆管中幂律流体的流动摩阻可以用牛顿流体的公式来计算．此方法得到的结果与按传统幂律流体计算方法所得结果接近．采用该方法为热油管路特性的分析提供了方便．     

管道层流通用方程的推导及试验验证

为分析充填料浆在管道内的运动,根据流变学及流体力学理论,以Herschel-Bulkley(H-B)本构模型推导出管道层流通用方程,确定了流体管道层流临界条件的计算方法.根据所推导的管道层流通用方程,提出了一种流变参数测量方法,并采用工业级的L管实验装置和流变仪分别测定了某非牛顿流体充填料浆的流变参数.实验结果表明:当含屈服应力的非时变性非牛顿流体在管道层流运动时,管壁切应力沿管径线性分布,管壁处速度梯度和雷诺数有最大值、表观黏度有最小值,在管壁处流速为0;管道内存在半径较大的柱塞流区,柱塞流区边界处速度梯度为0;基于管道层流通用方程的管道试验方法与流变仪测定方法所得流变参数计算的流量结果基本一致.     

泡沫流体管流流动与换热数值模拟

基于质量、动量和能量守恒方程,建立泡沫流体在圆管内流动与换热的物理模型和数学模型,并利用FLUENT软件进行模拟,得到不同雷诺数下圆管内的压力损失、管道横截面上的速度分布和表观黏度分布,同时回归了不同雷诺数下的摩阻系数和努塞尔数经验关系式.结果表明:管内压力沿管程不断降低,且流速越大压降越大;管内温度沿管程不断升高,且流速越小温升越大;管道横截面上的速度、温度分布不均匀,越接近管壁速度越小,温度越高.     

幂律非牛顿流体流动的有限体积算法

以幂律非牛顿流体为研究对象,针对其表观黏度随剪切速率变化且计算过程有别于牛顿流体的特殊困难,提出了一种高精度格式的有限体积计算方法。对其中应力计算时可能出现的"零障碍"和"无限大障碍"奇点问题,采用限定表观黏度数值变化范围的方法以防止迭代计算过程中出现除零和除无穷问题,并给出了完整的计算方法。计算了幂律流体在圆管和突扩圆管中的层流流动,验证了该计算方法的有效性。并分析了幂律流体的流动指数对圆管和突扩圆管中层流流动的影响。     

长输管道水击压力计算方法分析

本文分析了两种摩阻计算公式和不同的摩阻差分方法对管内瞬变流动过程计算结果的影响,并对计算结果进行了比较.结果表明.摩阻项计算值小.会导致计算的水击压力波峰值衰减快.用达西公式计算摩阻.计算过程简便;用列宾宗公式计算摩阻.可以提高计算精度.对长输管道中间泵站边界条件,给出了经验处理方法.     

黏度对垂直管气液两相流压降的影响

压降是气液两相流研究中的重要参数,而黏度对气液两相流压降有显著影响,因此有必要对不同黏度下压降规律进行研究。采用多相流试验平台测试系统,在内径60 mm,实验段长8 m的垂直管中开展油气两相流实验研究。表观液速0. 08～0. 20 m/s,表观气速1～19 m/s,气相为空气,液相为白油,黏度分别为25、50、70、150、200 m Pa·s,研究黏度对压降以及Beggs-Brill、Mukherjee-Brill和Hasan-Kabir三种压降模型计算准确性的影响。结果显示:压降模型的计算精度绝大部分会随黏度的增加而降低,其中Beggs-Brill模型在不同黏度下准确度较其他两种更为稳定,但黏度在200 m Pa·s时绝对误差高达42. 67%;黏度对于总压降影响明显,而对位差压降的影响较小;实验中观察到负摩阻压降现象,发现表观气液速度越小,黏度对负摩阻压降影响越大。     

相似雷诺数法在滑溜水压裂管柱摩阻测试中的应用

为了合理计算现场压裂管柱沿程摩阻,利用雷诺数相似的方法,得出现场滑溜水管柱摩阻系数与室内管柱摩阻系数关系式及现场与室内的摩阻、排量和管长关系式。通过测定室内的滑溜水管流摩阻,计算现场施工的压裂管柱摩阻值。通过关系式结合现场试验验证,其计算管流摩阻值与实测管流摩阻值进行对比,计算管流摩阻值相对误差小于7%,该方法可以为页岩气大型滑溜水压裂摩阻预测提供计算模型。     

基于人工神经网络的超稠油表观黏度预测

对辽河超稠油表观黏度与温度、剪切速率的关系进行了全面的研究,结果表明超稠油的表观黏度是温度与剪切速率的函数,表观黏度随温度的升高而减小,随剪切速率的增大而减小.运用人工神经网络的方法来模拟各种影响因素与超稠油表观黏度之间的映射关系,建立了超稠油表观黏度的预测模型.这种方法综合考虑了温度、剪切速率对超稠油表观黏度的影响,模型所需参数少、计算简单、预测精度较高,为原油管道工艺计算和管道运行提供了较精确的黏度参数.     

幂律流体在内管旋转下放环空中的流动与传热规律

对柱坐标系下泡沫流体运动方程和能量方程进行简化,结合幂律流体本构方程并将其离散,运用有限差分方法对方程进行求解,得到幂律流体在内管旋转下放环空中的水力参数分布.结果表明:随内管转速的增大,环空中幂律流体的轴向流速、角速度、合速度增大,温度升高,表观黏度降低;随内管下放速度增加,环空中幂律流体的轴向流速、角速度和合速度减小,表观黏度增大,内管壁附近温度升高而外管壁附近温度降低.     

拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法

以拟塑性流体为研究对象,针对剪切应力与剪切速率的非线性关系给数值计算带来的困难,提出了一种适用于拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法。采用幂律模型作为拟塑性流体的本构方程,通过给定非均匀的初始速度场和限定表观黏度数值变化的范围,消除了应力计算时可能出现的"零障碍"和"无穷大障碍"奇点问题。计算了长直方管和大曲率弯管中拟塑性流体的层流流动,验证该计算方法在幂律流体三维流动数值模拟中的可靠性。长直方管计算结果中给出了不同流动指数的摩擦因子系数和广义雷诺数之间的关系,与前人的实验数据和数值研究结果均吻合良好。     

流型、流态变化对含蜡热油管道设计计算的影响

含蜡热油输送管道的设计通常忽略流态流型转变的影响,按照我国常用的简化算法——平均油温法进行计算,会造成较大的计算误差.为精确计算热油管道输送过程中含蜡原油流态和流型的转变对含蜡热油管道设计计算的影响,对不同流态流型应用不同的摩阻计算公式,建立了热油管道温降和压降计算的数学模型,并进行了含蜡热油管道设计计算.计算结果表明:采用简化算法与精确计算相比有较大的误差,流态和流型的变化对沿线压降的影响较大.建议含蜡热油管道的设计计算中考虑流体流态和流型的变化.     

含蜡原油管输的通用速度分布与温度分布

以控制流体流动的动量方程、能量方程和描述流体流动特性的本构方程作为基本方程组,对定壁面温度和定环境温度两种热边界条件下的含蜡原油圆管流动的速度分布与温度分布进行了解析求解.分析与计算表明:所得解析解普遍适用于含蜡原油的各种流变行为.当屈服应力τ0不等于零时,在管中心存在着柱塞流,柱塞半径r0与τ0成正比;在柱塞内,速度与温度沿径向呈均匀分布;在柱塞外,速度与温度沿径向呈曲线分布.通过实例计算,分析了流变参数对速度与温度分布的影响,为含蜡原油管输中压力损失和热力损失的准确计算奠定了基础.     

基于动态摩阻的大落差输油管道 不稳定流动模拟

大落差输油管道高程起伏大,压力波动大,易由停泵、关阀等工况引发不稳定流动,导致管道局部压力降低和油品气化,引发弥合水击等现象。为准确预测大落差管道不稳定中流动压力、流量的变化,基于连续性方程、动量方程和能量方程,建立了大落差管道不稳定流动分析模型;结合Brunone-Vitkovsky动态摩阻模型,描述不稳定流动过程中的液体惯性加速带来的附加摩阻损失;采用特征线法和有限差分法求解模型。以某大落差管道中间泵站停泵工况为例,分析基于稳态摩阻与动态摩阻仿真的管道不稳定流动特征。结果表明：在稳定流动工况下,基于稳态摩阻和动态摩阻计算的管道压力、流量参数是一致的,但是在不稳定流动条件下基于动态摩阻计算的压力、流量比稳态摩阻模型值偏低。因此,基于动态模拟方法分析大落差输油管道的不稳定流动,对于提高管道压力、流量等工艺参数的预测精度,制定更加有效的不稳定流动安全防护措施具有重要意义。     

水平井筒变质量环空流压降分析模型

在常规管道环空流流型压降分析的基础上 ,考虑管壁存在入流或出流对于环空流流型压降的影响 ,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程 ,得到水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降计算方法 .计算结果表明 :水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降大于常规水平管道的压降 ;入流量越大 ,压降越大 ;管径越大 ,压降越小 ;要计算整个水平段压力分布 ,还需要结合井筒的流型判别以及其它流型的压降计算方法     

聚合物溶液在孔隙介质中的渗流机理

以收缩流道作为孔喉模型,采用数值方法研究了粘弹性流体、幂律流体和牛顿流体在孔喉中的流动压力梯度随流变参数和喉道直径的变化,以此作为流体在多孔介质中渗流的理论基础,探讨了3种具有不同流变性质的流体在多孔介质中的流动阻力特性。结果表明,对于粘弹性流体,阻力系数随着松弛时间和流速的增加而增大,随充填颗粒尺寸的减小而增大;对于牛顿流体,阻力系数为常数;对于幂律流体,阻力系数为幂指数、稠度系数、孔隙度和渗透率的函数。     

幂律流体不稳定径向流的数值解法

对微可压缩非牛顿幂律流体在均质多孔介质中的非稳定径向渗流方程进行了回顾和对比，用有限差分方法建立了微分方程的数值解法．研究了时间步长、空间步长对数值解精度和稳定性的影响，并结合算例绘出了不同流性指数的瞬时压力曲线．该研究结果可用于非牛顿流体渗流机理研究及试井分析．     

胜利原油在原油降凝剂作用下的流变性能评价

降凝剂可以用来改进原油的流变性能。合成了丙烯酸二十二酯-丙烯酰胺共聚物（PAA）降凝剂，考察了降凝剂对原油流变性能的影响，并探讨了降凝剂的降凝机理。结果表明，降凝剂使原油的凝点和反常点降低、原油的牛顿流体温度范围变宽，并且使非牛顿流体温度下的粘度减小，但是，牛顿流体温度范围内的粘度基本没有变化；在原油的反常点以上，高速剪切对降凝剂的改性效果无明显的影响。在原油析蜡高峰区温度范围内高速剪切，将大大恶化降凝剂的改性效果。降凝剂的加入使原油中的蜡晶颗粒形态发生变化，使得原油的凝点和粘度下降。     

基于粘弹性分析的含蜡原油触变性研究

触变性是含蜡原油的一个重要流变性质,输油管道运行的安全性分析需要对触变行为做出准确的定量描述。从粘弹性力学角度出发,在弹性应力和粘性应力两方面分析含蜡原油在触变过程中的力学响应,做出若干合理的假设,推出新的触变性计算模型。该模型物理意义明确,可用于求取停输管道的再启动压力。对大庆原油和中原加剂原油进行了触变实验,用该模型对实验数据进行了非线性最小二乘法回归,结果表明,该模型能够较准确地预测触变行为。与其他触变模型相比,该模型具有参数较少和精度较高等特点。     

静态混合器流体力学性能的CFD模拟

针对立交盘静态混合器的流体力学性能,采用计算流体力学方法对混合器内牛顿流体的流动状况进行了研究,得到了流体流经2个混合元件的流场变化和压降情况.所选的6个截面的速度分布复杂多变,显示出与混合器结构相对应的周期性.采用激光多普勒测速仪测定了轴向速度的实验数据与模拟结果吻合较好.对于压降的模拟在装有10个立交盘静态混合器的管路中进行,研究发现50＜Re＜500为所研究系统的流动状态从层流向湍流转变的临界区间.     

水平井两层稳定岩屑传输规律研究

根据物质守恒定律和动量定理,建立了考虑岩屑床层中流体流动压降、悬浮层中岩屑颗粒受阻沉降的水平井偏心环空中两层稳定岩屑传输的数学模型,并用此模型进行了实例计算。研究结果表明,颗粒扩散系数方程中的实验回归系数应考虑成流速的函数,取值范围为0.014～0.020;考虑岩屑床中流体流动压降后计算的环空压降与实际情况吻合较好。