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。     

油水两相流超声波衰减测试方法

针对油水两相流过程参数超声衰减测试机理问题,采用基于有限元方法的多物理场耦合数值仿真技术,建立超声波激励作用下的被测场二维几何剖分模型。通过计算油水两相流场中超声波的声压,分析超声衰减随两相流相含率变化的规律。对油水两相流水包油核心流、油水分层流,以及均匀分布的分散流分布状态下,不同的油相含率对超声衰减的影响进行数值模拟和实验验证。研究结果表明:不同的相分布和相含率对超声衰减影响较大,且之间存在一定的规律。     

水平管内油气水三相流动特性研究

通过对 4 5mm管径、水平放置圆管内油气水三相流流型的实验研究 ,采用实验方法整理出vsg- vsl平面流型图 ;从双流体模型基本方程出发 ,通过动力学分析 ,对水平管内油气水三相流动中各流型间相互转变的机理和预报模型进行了研究 ,得到了 4种基本流型间相互转变的预报关系式 ,并与实验结果进行比较 ,两者符合良好 .当油气水三相流中的油水乳化液处于 O/W型时 ,含油率对流型转换的影响很小 ,油水可作为一相来处理 .     

环状流在球阀开启过程的变化状况研究

环状流在阀门中流动结构变化研究对石油水环运输稳定性具有重要意义.采用VOF模型与CSF模型进行油水环状流在球阀内的流动模拟,并进行了实验验证,模拟结果与实验结果一致.比较不同阀门开度对后续管道中环状流油水体积分数的影响,结果表明,球阀的开度越小,阀后管道内油相容易被高速水流切割成小颗粒,不利于后续石油运输.进一步比较了油水环状流与石油单相流通过阀门的压力损失,得到油水环状流输送石油的效率提升效果.     

航空发动机滑油系统叶轮式通风器数值计算研究

通过数值计算方法,对航空发动机滑油系统叶轮式通风器进行两相流分离模拟研究.在两相流的计算中,对油气混合物选用欧拉-拉格朗日模型,湍流模型则选用k-ε模型.通过多种工况的计算,探讨了不同油气比、转速对通风器腔内流动、分离效率以及油滴最小分离直径的影响.结果显示,实验数据和计算结果符合较好,一定程度上揭示了叶轮式通风器内部流动分布和油滴运动规律及其分离机理.     

仰角式游离水脱除器分离过程数值模拟

仰角式游离水脱除器属于重力式油水分离设备,其分离效率高于立式和卧式脱除器.为了分析脱除器仰角对分离效果的影响,采用多相流欧拉分析方法,结合标准k-ε湍流模型对脱除器的内部流场进行了数值模拟.分析了脱除器在不同仰角时油水两相由开始的均相流逐渐在脱除器内分离、聚合、迁移的过程,研究了油水两相体积浓度随时间的变化规律.模拟结果表明,脱除器仰角为12°时,分离效率最高,出油口油中含水体积百分比为7.6%.     

基于Level Set方法的微观窜流特征研究

达西定律渗流理论以对油水运移规律的研究仍停留在宏观尺度上,很多微观机理无法考虑,窜流形成时的微观孔道中油水运移特征未能体现清楚。本文建立二维微观孔隙模型,引入Level Set方法对油水两相界面进行追踪,采用有限元方法对两相数值模型进行求解。在玻璃刻蚀平面驱替实验的基础上,建立并联毛细管束模型。通过模拟不同驱替压差、润湿性以及界面张力等情况下的流动状态,结合二维孔隙数值模拟结果,给出了发生微观窜流的临界条件:在入口压力恒定时,水驱油速度逐渐变大;驱替压力增大时,大孔道中的两相流速增加比例更大;油水两相界面张力越大,壁面越亲油,越容易发生微观窜流。     

水力旋流器内油水分离过程的三维数值模拟

由于计算模型的局限性,目前对水力旋流器内两相湍流的模拟计算仅限于来流分散相浓度低于10%(体积分数,下同)的情况.文中利用Fluent软件,将多相流欧拉分析方法与各向异性的雷诺应力湍流模型相结合,实现了水力旋流器内油水分离过程的三维数值模拟并预测了分离效率.该模拟可用于来流分散相浓度超过10%、湍流具有各向异性的一般广义情形,展示了油水两相由开始的均相来流逐渐在旋流器内分离、聚合、迁移的过程.实测结果验证了文中对旋流器分离性能预测的正确性.     

旋转圆盘上液固两相流冲刷磨损数值模拟研究

对旋转圆盘内液固两相流冲刷腐损过程进行了数值模拟研究.数值模拟研究采用欧拉-拉格朗日方法来模拟液固两相流动,即通过在欧拉坐标系下求解流体相的雷诺时均方程组来模拟流体流场,通过拉格朗日坐标系下的随机轨道模型来获得固体颗粒相的运动轨迹.将最终数值模拟结果和实验测量数据进行了比较,结果表明文中构建的综合模型基本上是正确和可行的.     

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。