蒸汽喷射泵举升稠油参数设计

应用气液两相流理论与传热学原理,建立了蒸汽喷射泵采油井井筒和油套环空中流体流动及传热耦合模型,以渐缩式喷嘴中蒸汽流动规律为基础,建立了以湿饱和蒸汽为动力液的喷射泵举升特性方程,应用节点分析方法,以井下喷射泵出口为求解点,形成了一套完整的蒸汽喷射泵采油工艺参数设计方法.计算结果表明:喷嘴喉管面积比相同时,引射系数增大,泵排出口压力降低;引射系数相同,减小面积比,泵排出口压力降低.     

离心泵吸水室内气液两相流动试验及数值模拟

为了研究离心泵输送气液两相介质时吸水室内的流动规律,对透明模型离心泵进行了试验研究;同时基于Eulerian Eulerian非均相流模型,对离心泵内气液两相流动进行了数值模拟,采用试验验证过的数值计算模型分析了吸水室内的两相流动,揭示了吸水室内流型的变化规律,建立了流型与泵外特性之间的关系。研究结果表明：吸水室内最多可能出现8种流型,但在某一转速下,最多只会出现6种流型;气体螺旋长度随液体流量的增大而减短,随转速的增大而增长;螺旋流的出现极大地增大了吸水室内的湍流强度,降低了泵的稳定性;吸水室内流型为稳态螺旋泡状流时,泵的扬程较大,离心泵效率最高时,吸水室内流型为稳态非螺旋泡状流或脉动非螺旋泡状流。     

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.     

非均相流模型在气液两相流动计算中的应用及评价

为评价非均相流模型在气液两相流动计算中的应用,分别采用均相与非均相多相流模型,对方腔通气和平板通气模型的气液两相流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比. 结果表明:相比均相流模型,非均相流模型能较准确计算气相的受力,预测气相的非定常流动过程,所得结果能较精确捕捉方腔中气泡束的周期性摆动和平板上方气泡的周期性断裂、上漂现象;非均相流模型能较好地预测速度场分布,同时能更好地预测压力场的非定常性变化.      

气-液两相流界面迁移现象的数值模拟研究

借助于LevelSet函数,建立了气-液两相的统一控制方程组,并在交错网格中进行离散.用两种格式,即Superbee TVD格式和5阶WENO格式求解LevelSet函数的输运方程,用SIMPLER算法的思想对主流场控制方程的求解方法进行改进.数值实验结果表明,在求解LevelSet的控制方程时,5阶WENO方法比Superbee TVD格式的结果更准确;用改进的数值算法可成功实现对密度比大于1000/1的气-液两相流界面迁移问题的数值模拟.对几种典型大密度比气-液两相流问题的计算结果与实际问题的物理规律完全一致,验证了该方法的有效性和可靠性.     

冰箱毛细管出口气液两相流理论

利用计算流体力学商业软件,建立锥形管内部气液两相流模型,对制冷剂喷射现象进行仿真研究;考察湍流强度、压力和流速沿流动方向的变化情况及流场分布情况。结果表明:喷射流场在进入锥形管20 mm内呈现出较强的湍流现象,其后流场渐趋平稳,锥形管进口段流动呈现出极大的不稳定性;制冷剂在毛细管出口10 mm内压力稍上升,随后迅速下降;建立的计算模型能够较好地预测管内流动状况;由于管截面均匀变化,高速喷射流体冲刷管内低速流体没有引起涡流现象,表明锥形管具有稳定流场的作用。     

气液固三相流在机械搅拌充气式浮选机内运动的数值模拟

针对机械搅拌充气式浮选机内部气液固三相流动比较复杂的情况,对有效容积为165 m3的大型机械搅拌充气式浮选机进行研究.采用Mixture多相流模型、k-ε湍流模型和雷诺时均 N-S方程,对浮选机内部的气液固三相流流动进行三维湍流数值分析.通过对内流场的数值模拟,分析机械搅拌充气式浮选机内部的流动,得出浮选机内部气液固三相的速度、体积分数、湍流强度和迹线等的分布规律.     

方柱绕流的大涡模拟

采用物理分步法对方柱绕流的流动分离现象进行了大涡模拟(LES).物理分步法将N-S方程剖分为对流、扩散及波动过程,对不同的物理过程分别采用适宜的方法进行求解.对流过程采用逆风——中心差分格式求解;扩散过程采用中心差分格式求解;压力方程采用SOR迭代法求解.计算的方柱四周的平均压力系数的分布与物理模型试验结果吻合良好;模拟的流动现象也得到了物理模型试验的证实.     

倾斜管内气液两相上升流动流型转变的研究

对倾角为０°到２０°的范围的倾斜管内气液两相上升流动的流型及其转变进行了试验研究，通过对６种流型间转变的机理分析，提出了实现这些转变的动力学条件。进一步导出了环状流向弹状流转变；分散泡状流向泡状流或弹状流转变；泡状流向长泡状流；长泡状流向弹状流转变的４种界线方程，并与试验数据进行了比较，结果今人满意。     

补气位置对改善射流泵空化性能的试验

对面积比为2.78和4.94的射流泵分别进行了试验,测得不同空化工况下在喉管不同位置补气时噪声和振动的变化.试验结果表明,不同空化阶段在喉管的任何位置补气,都可以降低射流泵的空化噪声和振动;随着补气量的增加,空化噪声和轴向振动加速度的降低也越明显,噪声的最大降低值可达5.1 dB,轴向振动加速度最大可降低4.3 m/s2;补气可以改善射流泵喉管内的压力分布,破坏极限工况下流动的臃塞现象,提高射流泵的空化性能;在喉管最低压力点处及邻近上游位置补气可更有效地抑制射流泵的空化,最优的补气位置为距喉管入口的1～3倍喉管直径处.     

气液两相流中液速的电化学测量

理论推导了扩散电流与液速的模型方程,得到了解析解。以此为基础,进行了气液两相中液速电化学测量仪的开发与研究,对电极的材料、形状进行了优选,对电极插入流场而引起的测量偏差进行了补偿,开消除了气相的干扰。应用该注速测量仪研究了下喷环流生物反应器中的液速分布,证实了该气液两相流中液速测量方法的可行性。     

基于遗传算法-BP神经网络的径向式导叶多级泵水力性能优化

针对径向式导叶多级泵内部流动状态复杂多变而导致其水力性能曲线难以精确测量的技术难题,采用遗传算法(ge-netic algorithm,GA)迭代优化反向传播(back propagation,BP)神经网络的权值与阈值,构建了基于GA-BP神经网络的径向式导叶多级泵水力性能预测模型,以MD500-57型径向式导叶多级泵为研究对象,建立了输入层为13个神经元、隐含层为10个神经元、输出层为2个神经元的GA-BP神经网络,采用正交试验方法设计了试验参数的正交试验方案,运用数值模拟计算方法对正交试验方案进行求解,获得了试验参数的训练样本,并对神经网络进行训练与测试,计算了过流部件关键几何参数的最优组合方案.试验结果表明:优化后该多级泵在设计工况下扬程增加了2.4 m,效率提高了3.34％,且高效区范围变宽.     

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.     

叶片泵内气液两相流的三维流动数值模型

基于双流体模型建立针对叶片泵内气液两相三维湍流流动的数学模型和数值计算方法.相间作用力考虑了阻力和附加质量力,湍流模型考虑了因相含量脉动引起的附加源项,在SIMPLEC算法基础上提出了一种气液两相流的压力修正算法.运用所建模型计算了叶片式气液混输泵在进口含气率分别为5%,15%,25%的系列工况下叶轮的内部两相流场,并作了扬程特性预测.与实验结果的对比表明,所提出的流动模型是可靠的,并具有较宽的进口含气率适用范围.     

非设计工况下叶片扩压器与离心叶轮间非定常流动的二维数值模拟

以一实验用离心压气机内叶片扩压器与叶轮间耦合流动为研究对象，采用动静部件统一的计算方法，对叶片扩压器与离心叶轮间二维流场在非设计工况下的非定常流动进行了数值模拟，并与无叶扩压器与离心叶轮间定常流场进行比较．与测量结果比较表明，本文的计算结果具有一定的可信度，并由此说明了非设计工况下，动静部件干涉对流动的影响．     

气液两相流界面波非线性稳定性分析研究

通过对双流体模型方程进行简化，得到了双曲型两相流非线性控制方程组．进而导出了该方程组的特征线方程，利用有限差分及特征线方法求解了特征线方程，考察了界面扰动随时间在空间的发展状况，并与实验和线性稳定性分析结果进行了比较．     

旋流喷嘴射流初始阶段运动规律研究

应用质量守恒定律和动量守恒定律,建立了描述旋流喷嘴射流初始阶段运动规律的非线性常微分方程组,该方程组可以用数值方法方便地求解,理论计算结果与实验拍摄到的射流照片吻合很好,说明空心旋转射流受扰动失稳破碎成液滴管的最基本运动状态,是进一步从理论上研究该射液破碎雾化机理的基础。     

页岩气井射流泵排水采气工艺下泵深度优化设计

为了恢复页岩气井的正常生产,本文通过提出一种新型射流泵排水采气工艺设计思想,该设计是以常压高气液比页岩气井的产气量能够满足携液要求时的井筒动液面为分析目标,从气井产能和临界携液流量两个方面进行分析,研究确定射流泵的下深。该工艺在XX区块XX井开展了现场试验,措施后页岩气井的平均日产气量为14.86×104m3,平均日产液量12.39m3,现场生产结果表明：本设计对XX区块常压高气液比页岩气井射流泵的下入深度的确定提供了新的理论指导。     

气侵期间岩屑运移规律研究

基于井筒多相流、传热学原理,综合考虑高温高压下天然气和钻井液物性参数变化,建立了环空气液固多相流数学模型,并采用多相流流动和井筒-地层传热耦合方法进行数值求解,着重进行气侵期间岩屑运移规律和敏感性参数分析。计算结果表明:相比泡状流,段塞流携岩能力较差,不利于维持井眼清洁;随着井口回压/循环排量的增加,气相体积分数逐渐减小,岩屑体积分数逐渐增加,而当流型发展为段塞流时,岩屑体积分数随井口回压/循环排量的增加而减小,而气侵量对其的影响正好相反;钻井液塑性黏度、机械钻速、岩屑粒径以及岩屑颗粒球形系数对气相体积分数基本没有影响,而对岩屑体积分数影响较大。     

气体离心机供料射流的三维数值模拟

通过使用有限体积法和隐式二阶迎风格式求解了三维Navier-Stokes方程组,研究了气体离心机内部供料射流。得到不同供料压强条件下供料射流流场的三维分布,数值模拟结果表明:供料射流对离心机内部流场的影响随供料压强的增大而增大;当供料压强为3 kPa时,Mach盘出现在无量纲半径0.81处。由于强旋条件下的供料射流结构较为复杂,实际供料流动情况与均匀供料假设存在较大差异,因此根据射流流场分布对环流计算边界条件进行修正,将更准确地评估离心机分离性能。