气井中涡流工具携液携砂效果模拟

为了解涡流工具同时携液携砂时流体的流动规律、压力分布、携液携砂效率、影响因素以及工作特性,对流体在涡流工具中的流动进行仿真模拟。对不同结构参数螺旋叶片的槽宽和槽深进行了组合,并对其作用效果进行仿真模拟,得到了涡流工具同时携液携砂的优化结构模型。分析了不同入口速度、气液比、砂粒直径下涡流工具对固相和液相的携带作用。结果表明:气井出水有利于气井携砂,气井含砂会影响涡流工具对液体的离心作用,但对气井的携液能力影响不大;相同工况下,液体更容易被携带流出;入口速度越大气井携液效果越好,入口速度变化对气井携砂的作用呈不规律变化;涡流工具可以降低气井携带固液两相的临界流速;砂粒直径越大涡流工具对固体和液体的携带作用均越小。     

结构参数对内联式脱液器分离性能的影响

内联式脱液器是一种基于离心力作用并利用气液两相之间密度差进行气液相间分离的紧凑、高效型气液分离设备,因其可以减小自重及节省空间,且可在平台及海底应用而受到越来越多的关注。建立了一组内联式脱液器的数值结构模型,采用计算流体力学(CFD)方法对其进行数值模拟研究。通过分析内联式脱液器内部的速度场及压力场分布情况,总结出影响内联式脱液器分离效率及压力损失的关键结构参数,包括叶片结构参数、分离腔长径比、气体出口管管径及深入长度、排液管管径等。同时,针对叶片结构参数(叶片数目及导向出口角)对内联式脱液器分离性能的影响,进行了数值模拟研究,推选出涡流发生器内最优的叶片结构参数(叶片数目为8,叶片出口角度为45°),从而可为后续内联式脱液器的结构优化、分离性能提升以及降低能耗提供一定的参考。     

导流叶片数量及排布方式对涡流工具性能的影响

为了从导流叶片数量及排布方式两方面对涡流工具结构进行改进,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,研究了不同导叶数量及排布方式下涡流工具下游流场速度分布、压降动态和旋流强度衰减特性。结果表明:环形排列方式下,涡流工具下游流体平均切向速度随导流叶片数量的增加而增大,流体压力梯度和旋流强度衰减速率随导叶数的增加而减小,连续排列方式则正好相反。12叶片环形排列式涡流工具下游流场压力梯度和旋流强度衰减速率均小于单叶片涡流工具,可尝试将目前常用的涡流工具改进为12叶片环形排列式涡流工具。     

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。     

叶片式气液分离内件数值模拟及对比分析

气液分离广泛采用叶片式分离元件,叶片形式、叶片间距、叶片高度、液滴粒径、液滴含量和主体流速等因素均影响元件的分离性能。采用计算流体动力学(CFD)模拟软件ANSYS FLUENT对3种叶片式气液分离元件(NH-TP、NC-TP和TP叶片)进行数值模拟及对比分析,得到各因素对分离效率及压降的影响,并对叶片的工况适应性进行了分析。结果表明：NH-TP的间距应大于20 mm,否则容易导致压差过大,而NC-TP和TP间距可取10 mm;液滴粒径大于20μm时在各种速度下均可获得较高分离效率,而小液滴仅在理想重力分离和理想惯性分离工况下较高;惯性分离速度下的分离效率与叶片高度无关,主体分离速度低时分离效率随着板高增加而降低;不同形式叶片的最差工况速度不同,但NH-TP在最差工况下仍能保持较高分离效率,对工况的适应能力最好,开槽的NC-TP次之,TP叶片适应能力最差。     

涡流发生器对垂直轴风力机翼型气动性能的影响

为推迟翼型的边界层分离,改善叶片的气动性能,提出一种在H型垂直轴风力机对称翼型NACA0012叶片表面上加装涡流发生器的设计方案。利用FLUENT软件对翼型进行三维流体力学仿真,采用正交试验设计法,研究涡流发生器的高度、安装角度和安装位置这3个设计参数对翼型气动性能的影响。研究结果表明:最佳的涡流发生器高度为6.5 mm、安装角度为18°、安装位置为0.1c(c为叶片弦长),过大或者过小的涡流发生器高度和安装角会降低翼型的升力系数和升阻比;安装位置靠近翼型前缘可增大翼型的临界攻角,但会给翼型带来较大阻力;加装涡流发生器后,对称翼型叶片失速区范围减小40.3%。     

井下螺旋式气液分离器分离性能的数值模拟

为了实现井下气液高效分离、产出水回注和采气于一体,开展了新型井下螺旋式气液分离器的研究。应用计算流体力学方法(CFD)对螺旋式气液分离器的内部流场进行分析,并研究了螺旋圈数和螺距对螺旋式气液分离器性能的影响。该结果为井下螺旋式气液分离的进一步研究提供了参考依据。     

基于EDEM的螺旋输送机关键零部件的优化

为实现螺旋输送机螺旋体的优化,以螺旋输送机关键零部件(螺旋体)的叶片形状、螺距和轴径三因素为参数变量,以仿真运行结束时螺旋输送机内部剩余颗粒数目为实验指标,利用EDEM软件进行正交仿真实验分析。结果表明:螺距对水平螺旋传送机的输送能力影响最大,其次叶片形状,轴径影响最小;叶片形状为带式,轴径为50 mm,螺距为260 mm的螺旋输送机的输送能力最好。研究结论可为提高螺旋输送机关键零部件的优化提供理论依据和参考。     

级联式气液旋流分离器数值模拟

针对天然气除液净化问题提出一种新型级联式气液旋流分离器,分别采用雷诺应力模型(RSM)、欧拉液膜(EWF)模型和离散相模型(DPM)对分离器的内部流场、液膜分布和气液两相流动进行数值模拟,并研究部分结构参数对流场和分离性能的影响。结果表明：分离器的流场分布有利于气液两相分离,为使二级分离空间收集的液体顺利降下,进口速度不宜过快;一级排气芯管上半部长度为140 mm和开口高度为60 mm,对应的分离效率最佳,两者对压降的影响较小;减小降液缝隙宽度,分离效率和压降都会提高。     

螺旋叶片成形胎具的一种设计方法

运用解析几何方法，从等螺距旋面和螺旋线的参数方程入手，采用坐标系旋转等方面得出螺旋面的有关特性，并根据这些特性提出一种螺旋叶片水平形成胎具的设计方法，使一胎具即可压制多种导程的螺旋叶片。     

中心进气式鼓泡反应器内气液流动的大涡模拟

研究鼓泡塔内涡的结构及其演变规律，对揭示反应器内传热、传质性能具有重要意义．用大涡模拟（LES）方法对中心进气式鼓泡塔内瞬态流动性能进行了模拟研究，结果表明，增大气速可使涡结构剧烈变化，增加液体黏度限制了涡尺度的发展，减少气泡尺寸加快了涡的变化速率．模拟结果与实验值吻合良好，大涡模拟方法能有效地揭示鼓泡塔内不同尺度的涡结构及其发展变化规律．     

气升式环流反应器内气液两相流动计算流体力学的模拟

采用欧拉-欧拉两流体模型模拟了气升式环流反应器内部气液两相流动过程,考察了液相速度和气含率随表观气速的变化,液相速度和气含率模拟值的关系与两种经验关系式的计算值进行了比较,两者取得了很好的一致,证明了模型的正确性。在此基础上,使用计算流体力学模拟的方法考查了反应器内的导流筒直径和导流筒高度对反应器内两相流动的影响,导流筒直径增大,液相循环量增大,上升段气含率增大;导流筒位置升高,液相循环速度和循环量均增大,上升段气含率减小。所获得的结果对气升式反应器的设计优化具有指导意义。     

强烈段塞流特征参数试验研究

为了寻求强烈段塞流特征参数的变化规律，在高4m、内径50mm的管线中利用双平行电导探针测试了强烈段塞流的持液率信号，并用互相关法对其进行了分析，得到了强烈段塞流的液塞速度、液塞长度随气、液相折算速度及下倾管倾角的变化规律。结果表明，当气相折算速度恒定时，随着液相折算速度的增大，液塞速度、液塞长度均线性增大；当液相折算速度恒定时，随着气相折算速度的增大，液塞速度线性增大，而液塞长度呈双曲型减小；当气、液相折算速度恒定时，随着下倾管倾角的增大，液塞速度、液塞长度都稍有增大。     

强烈段塞流特征参数试验研究

为了寻求强烈段塞流特征参数的变化规律,在高4 m、内径50 mm的管线中利用双平行电导探针测试了强烈段塞流的持液率信号,并用互相关法对其进行了分析,得到了强烈段塞流的液塞速度、液塞长度随气、液相折算速度及下倾管倾角的变化规律。结果表明,当气相折算速度恒定时,随着液相折算速度的增大,液塞速度、液塞长度均线性增大;当液相折算速度恒定时,随着气相折算速度的增大,液塞速度线性增大,而液塞长度呈双曲型减小;当气、液相折算速度恒定时,随着下倾管倾角的增大,液塞速度、液塞长度都稍有增大。     

流动方向对三角形柱体气液两相涡街的影响

在５０ｍｍ管道内，分垂直上升和垂直下降两个方向，试验研究了气液两相混合物的流动方向对三角形柱体两相涡街的影响，分析了气液两相混合物流过两种尺寸的三角形柱体时的旋涡脱落规律，初步研究了气泡尺寸对气液两相涡街的影响．     

大产液量水平气井不同气举方式气液两相流研究

连续气举是产水量大的水平气井重要排采措施,针对现场正举和反举的特点,为揭示气田开发过程中反举条件下油管和正举条件下油套环空内的气液两相流流动规律,分别用水和空气在套管内径为127.3 mm、油管外径为73 mm的油套环空和内径为60 mm的油管内进行了井筒气液两相管流模拟实验,对低压积液气井气举时井筒流动规律进行了研究分析,分析了井筒中气相和液相的体积流量、注气方式等因素对井筒压降和持液率的影响。结果表明：在相同气、液流量条件下,反举时的持液率比正举持液率小;不同气举方式下的井筒压降随注气量的增加呈不同的变化趋势,反举时的井筒压降比同工况下正举的压降大,对于产液量较大且有一定地层能量的气井,推荐采用反举方式进行气井排水采气。     

渣油加氢微膨胀床反应器中的气液流动状态及床层膨胀率

在常温常压下用模拟渣油和模拟氢气近似模拟了微膨胀床渣油加氢处理反应器内的气液流动状态,考察了催化剂粒径和堆密度、虚拟气液流速以及催化剂装填高度对催化剂床层膨胀率的影响。实验结果表明:大粒径、低堆密度的催化剂床层膨胀率较高;虚拟气速与床层膨胀率关系曲线上存在拐点,拐点值随催化剂装填高度增加而增大;虚拟液体流速对催化剂床层膨胀率影响较小;在工业操作条件下,微膨胀床渣油加氢处理反应器的催化剂床层膨胀率小于10%;催化剂装填高度对床层膨胀率有明显的影响,催化剂装填量较大时,需要采用较高的气油比才能保证催化剂床层处于微膨胀状态。     

Hydrodynamic Behavior of Three-Phase Airlift Loop Slurry Reactor

IntroductionThree- phase slurry reactors have been widely usedin biological waste water treatment,fuel gasdesulphurization,Fischer- Tropsch synthesis,methanol synthesis,dimethyl ether production,fermentation ( production of ethanol andmammalian cells) ,an…     

水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化

基于小波变换的分析方法,结合致动线模型和大涡模拟研究了一台33 kW水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化过程.研究发现,随着距风轮平面距离的增大,尾流中各测点的平均速度先减小后逐渐增大,速度波动的幅值呈减小趋势;风轮后7倍直径内,速度曲线具有明显的周期性,反映出脱落涡通过频率为1.80 Hz,其为风轮旋转频率的两倍.风轮后1倍直径测点处的叶尖涡所在的频率为0.78~25.00 Hz,形成的涡管通过该测点的时间约为0.32 s,涡管直径约为1.83 m;3倍直径测点处出现了0.15~0.78 Hz的低频率湍流结构;7倍直径测点处叶尖涡的频率为1.56~25.00 Hz,相比7倍直径测点之前的叶尖涡频率范围有大幅减小;8倍直径测点处,与近尾流区域相似的叶尖涡的涡管形状消失;9倍直径测点处叶尖涡基本完全耗散.