混输管路气液两相流模型的建立与验证

针对管路气液两相流,建立了一种捕获段塞流的形成和发展过程;并进行气液两相流水力计算的组合模型。以滑移速度和液相连续性方程为基础,通过建立动坐标系来求解液相连续性方程,得到以持液率的变化来反映段塞的形成和发展。加入地形起伏的影响和压降计算关系式,对气液混输管路进行水力计算。分别使用实验数据和工程现场数据来验证模型的准确性。实验数据分别来自于实验环道和大庆油田现场数据。结果显示:模型计算大部分压降误差在±17%以内,大部分积液量误差在±11%以内,具有较好的精度。     

水平气液两相变质量分层流动模型

由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别 ,可以预知常规水平管流的流型转变机理及压降计算方法 ,对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展 .根据气液两相界面波的迅速成长机理 ,考虑了管壁入流或出流的影响 ,得到水平井筒气液两相变质量流动分层流向非分层流流型转变的判别方法 .并对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程 ,考虑管壁存在入流或出流对于分层流流型压降的影响 ,得到水平井筒气液两相变质量流动分层流流型的压降计算方法 .     

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     

复杂结构流道汽—液两相凝结流动压降

以复杂变截面流道为压降元件,研究了汽-液两相凝结流动的压降规律、两相流摩擦压降的L-M模型的扩展问题、均相流动模型和分相流动模型的适用性问题。获得了用混合平均雷诺数表达与两相凝结流压降的关系、L-M模型可用于非绝热的两相等温流等结论,为复杂流道中汽—液两相凝结流阻力的分析及压降计算奠定了基础。     

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。     

不同管径水平管油气两相流压降模型

为得到准确的不同管径水平管气液两相流的压降预测模型,用5号白油和空气在内径为40、60、75 mm,长11.5 m的测试管内进行了水平管气液两相流实验,并结合理论分析研究了不同管径水平管气液两相分层流和环状流压降模型。结果表明:相同气、液量条件下,压降随着管径的增加而减小,且管径对压降的影响较大。结合实验中观察到的流型,分别建立了水平管层流和环状流的压降计算方法,其中层流压降模型中的液相折算系数和环状流压降模型中的气液界面摩擦系数均考虑了管径的影响,新方法对不同管径条件下实验压降预测准确,整体平均绝对误差为6.4%。     

水平井气液两相变质量流的流动规律研究

水平井井筒变质量流的流动规律是进行水平井产能预测、油井生产系统优化设计及动态分析的基础。从理论和实验两方面对水平井筒气液两相变质量流的流型判别与压降计算进行了探索性研究 ,建立了分层流、间歇流、分散泡状流和环雾流的流型判别模型以及分层流与间歇流的压降计算模型 ,并绘制了流型图。计算值与实验数据对比表明 ,分层流和间歇流模型与以空气和水为介质的实验结果具有良好的一致性 ,其压力梯度模型的计算值与实验测量值间的平均相对误差为 5 .3% ,大部分误差在 10 %以内 ,说明该计算模型有较高的精度     

旋流条件下的气液环空流流动规律研究

针对涡流工具排液效果的问题,开展了旋流条件下气液两相流动模型的研究。考虑到旋流中角速度的存在,研究中采用气液流动在径向和周向上的动量和角动量平衡的方法,建立了气液流动控制方程,计算了液膜厚度,气液相旋流强度等参数以及压降梯度,并进行涡流工具实验验证模型。涡流工具降低压降损失的机理结果表明,安装涡流工具后流动压降可以降低5%~20%。根据实验及模型,在低速（气相速度小于13 m/s）时,小旋流角和高旋流强度更利于降低压降,而高速（气相速度大于16 m/s）时,高旋流强度会增加额外摩擦阻力。旋流强度的衰减速度会随着液相速度增大而减小,而随气相速度增大而增大。该研究结果可对涡流工具进行优化设计,以达到最佳排液效果。     

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。     

旁路流对换热器壳侧气液两相流动特性的影响

针对工业中广泛应用的管壳式换热器,对壳侧旁路对气液两相流体流动特性的影响进行了试验研究。以Ishihara两相流动模型为基础,建立了以横掠管束的主流路为基础的错流区通用两相压降计算关联式。该关联式与实验结果吻合较好。并通过错流区分相流动模型,分析计算了主流路与旁路中气液分布情况,结果表明主流路和旁路中气液流量的分布是不均匀的;气液各自占相应总流量的比例在不同的流型下明显不同,且比例值的波动范围较大。     

环形分布器内气流静压分布规律的近似理论分析

在实验研究的基础上对环形分布器内气体变质量流动的静压分布规律进行了近似的理论分析。根据动量平衡原理建立了环形分布器内气体变质量流动的静压分布数学模型，模型参数由实验数据拟合，预测结果与测量值基本吻合。     

气力输送的数值模拟研究

对气相湍动能采用修正的κ-ε二方程模型,颗粒相湍动动能采用颗粒动力学方法,发展建立了气力输送的数学物理模型和计算方法,就垂直管中圆柱坐标系下二维悬浮稀相和密相动压气力输送过程进行了初步数值研究,所得结果(包括管压降、气固速度分布、一定输送量下最佳经济速度等)与文献实验结果吻合,为进一步用该法研究气力输送打下了基础.     

凝析气井产能和储量计算新方法

凝析气藏存在复杂的相变与相态分布,当地层压力下降到露点压力以下时,凝析油会在地层和井筒中分别析出,导致井口产气量、产油量与井底产气量、产油量之间存在质量转换,但仍遵循质量守恒定律。因此利用质量守恒建立考虑油、气两相的渗流微分方程,通过引入两相拟压力函数,推导凝析气井不稳定产能方程。在此基础上,结合物质平衡方程,利用生产动态数据拟合整个历史生产过程,不但可以获得气井目前的产能,还可以获得地层压力及各种地层参数。实例分析表明,计算结果准确可靠,有利于在凝析气井中推广使用。     

分相式气液两相流体等干度分配方法

提出一种新的气液两相流体等干度分配方法--分相分配法.该方法的特点在于,基于单相流体较容易实现均匀分配的特征,首先通过强化两相流体在分配单元内的相分离,将气液混合物分离成单相或接近单相的气体和液体,然后以单相流的形式分别进行分配,最后将分配后的单相气、液进行两两汇合,完成两相流体的等干度分配.在空气一水实验回路上对这种分配方法进行了实验研究,结果表明,在分层流、波状分层流、弹状流和部分环状流的情况下,气液两相流体均能在分配元件内得到较好分离,保证在单相或接近单相的状态下进行分配,支路与主路间的平均干度偏差小于1.6%.     

细颗粒湍动流化床中的总体流化特性

在一直径０．２０ｍ，高５．５ｍ的流化床实验装置上，于湍流流化区域分别测定了分布板的布气性能、颗粒循环速率以及密相段的压强梯度，进而得到密相段的床层粒密度和床层空隙率，并对相应的实验数据进行了关联处理。     

结构化反应器床层中两相流动特性实验研究

以空气-水为介质,分别以喷嘴和填充直径1mm玻璃珠的30cm高的床层为分布器,在表观液速为0.0522～0.1306m/s,表观气速为0.0739～0.5171m/s,气液并流向下的操作条件下,测定了0.1m直径塔中,孔径分别为1.1和2.1mm的2种结构化催化剂床层中的总压降和液含率等流动参数。结果表明,床层总压降随着表观气速、表观液速的增大均增大。液含率随着表观气速的增大而减少,随着表观液速的增大而增大。通过对2种分布器的比较可以发现,相同条件下,以喷嘴为分布器的床层总压降和液含率比以玻璃珠为分布器的床层总压降和液含率小。比较2种床层可知,相同条件下,结构化催化剂的孔径越小,其床层总压降与液含率越大。此外,建立了能较好预测两相摩擦因子以及液含率的经验关联式,偏差在±15%以内。     

旋流型管壁取样分配器分流特性

试制一种特殊的T型三通管结构取样器,8个取样孔均匀布置在管壁周围,取样孔上游布置有旋流叶片用于流型调整。研究气液两相流通过该分配器的流动特性。采用Euler气液两相流模型和雷诺应力模型,通过数值模拟方法分析节流元件尺寸对分配器分流特性的影响,并在多相流试验环道上开展试验研究。结果表明:旋流取样分配器特性受节流元件尺寸影响显著,前后压力场的变化是分流系数发生变化的根本原因。     

叶片式混输泵气液两相流及性能的数值分析

利用Fluent计算软件在多重参考坐标系下采用欧拉方法的双流体湍流模型计算螺旋轴流式叶片泵内高含气状态下的三维气液两相流场.通过对泵内绝对流速、叶轮相对流速、静态压力、气液两相分布及其相间滑移速度矢量的分析,探讨了气液两相介质在泵内的流动规律.结果显示离心力的作用使叶轮内液相主要在轮缘附近流动,而气相则聚集在轮毂附近;泵导叶内气液两相分离状况有较明显改善.通过与泵性能实验结果对比,验证了文中方法对气液两相叶片式混输泵计算分析的有效性.