多相流检测技术在石油工业中的应用

多相流体流动在石油工业中普遍存在,多相流检测技术须用于解决石油工业中多相流体流动问题。近几年来石油工业中多相流检测技术正在快速发展,为解决多相流体流动问题带来了希望。石油工业中多相流体检测中的几个重要参数包括压降、空隙率、速度、流量等。随着科学技术发展的趋势,石油工业中多相流检测技术有较好的发展方向     

多相流检测技术在石油工业中的应用

多相流体流动在石油工业中普遍存在，多相流检测技术须用于解决石油工业中多相流体流动问题。近几年来石油工业中多相流检测技术在快速发展，为解决多相流体流动问题带来了希望。石油工业中多相流体检测中的几个重要参数包括压降，空隙率，速度，流量等。随着科学技术发展的趋势，石油工业中多相检测技术有较好的发展方向。     

粉末注射成形多相流动过程数值模拟模型

把计算流体动力学的多相流概念及两相流模型引入到粉末注射成形领域,介绍了描述粉末-粘结剂充模流动过程的单流体模型、双流体模型及欧拉-拉格朗日模型,并简要分析了各种模型的特点.分析表明,双流体模型相对于单流体模型更有利于监视两相分离、粉末聚集等出现在粉末注射成形过程中的特殊现象,并且比欧拉-拉格朗日模型更容易收敛.     

仪器插入情况下倾斜井内油水两相流型测量实验

为了考察生产测井仪器插入式测量对于倾斜油井内的流体分布影响,利用柴油和自来水作为实验介质,在多相流动模拟实验装置上进行了油水两相倾斜流动测量实验。通过实验测量和观察,油水两相的分布可以分为4类:层状流-波状流、泡状流、沫状流和乳状流。利用实验数据绘制出流型图,并对流型转换边界进行了比较,分析了倾角和仪器插入对于流型的影响,其可在油水两相流动测井条件下识别和预测倾斜井内流体的流型。     

气液两相流管道泄漏流场特性数值模拟分析

气液两相流管道声波泄漏检测技术在研究过程遇到流动参数无法准确测量难题,不能充分了解泄漏声源特性,阻碍了声波泄漏检测技术的发展.基于多相流体流动过程中声场和流场是密不可分的,且两者之间相互作用、相互影响.为补充实验研究和理论分析不足,利用ANSYS软件,建立了简化的管道泄漏几何模型,采用Fluent动网格技术和自定义函数编程实现气液两相流管道泄漏开启过程和完成的流场模拟.通过对比分析泄漏流场各参数变化分析得到泄漏声源特性,与理论相验证.进一步分析分层流、波浪流、段塞流三种流型下泄漏过程流场参数变化,得到各流型泄漏开启过程的声场变化,深入探讨气液两相流管道泄漏声源产生机理,为声波检测技术提供理论支持.     

基于小波变换与贝叶斯决策的多相流相态辨识方法

分离式多相流各相流量的准确测量依赖于流态转换点的准确识别.为识别流体相态,建立了基于多传感器特征提取技术的相态在线辨识模型.采用小波变换对流动信号进行分析,提取对信号敏感的均值、方差、均方差和导数组成相态识别特征向量,通过最小错误率的贝叶斯算法建立相态在线识别模型,并采用该模型进行了多相流相态辨识实验.实验结果表明,采用该方法可准确识别多相流流态,该模型的建立为多相流各组分分相流量的准确测量奠定基础.     

射流曝气器内部流动二维数值模拟

在简要介绍射流曝气内部流动过程的基础上,针对射流曝气器内部复杂流动,利用FLUENT软件,模拟了其内部二维流动过程。模拟流量报告证实选用的多相流混合模型正确,但压力曲线与它人结果差异较大,后采用轴对称欧拉多相流模型结果良好。     

基于耦合模型的电容法两相流相含率测量性能分析

对于电学法多相流参数检测系统,电学传感器的结构是影响测量系统性能优劣的关键因素之一。目前,常采用静电场仿真或大量的实测试验来选择传感器结构及参数,然而,静电场仿真只能研究传感器的静态电学特征,并不能结合实际的多相流流动特性,且试验验证需要消耗大量的人力、物力及时间来应对不同对象及应用条件。针对以上问题,该文采用一种流场-电场耦合的三维动态仿真方法,建立混合流体的分布状态与电学传感器输出信号变化之间的关系,结合多相流流动特性综合评估传感器系统的测量性能。该耦合模型以气固两相流相含率检测为研究对象,分别对3种传感器系统的灵敏度和相关系数进行量化分析,以评估它们的测量性能,并在搭建的气固两相流相含率测量平台上验证该耦合模型的有效性。     

Y型组合式微通道多相流流动形态实验研究

微通道设备具有高效的传热、传质能力,有利于实现气液多相流的有效混合,从而提高工业应用生产效率。但对于工业应用中,形状不规则的微通道的气液两相流流动形态研究一直是微通道研究的难点。本文基于优化过的Y型组合式微通道结构,进行了复杂微通道内部全流场流动显示实验,实现了对微通道内部不同流量下的气液多相流流动形态的综合测量,获取了基于高速摄像的微通道内部气液两相流分布,对Y型组合式微通道内部流型进行判别,并对气液两相间流动规律进行了数值模拟,提取了沿流道方向的压力分布。研究以时均特征面积为指标评判了不同流型下的时均气液高效混合区域面积。结果表明,气液多相流流型会显著影响气液多相流混合剧烈程度,大大促进了气液两相流混合效果,增大了气液接触面积。     

多相流体动力学基本方程

本文设想多相流是由大量流动微团连续地组成,只是在流动微团中各相均占有某一个体积分数。 在建立微团运动方程时,将它们引入,就得到具有各相运动参数的一组方程。文中主要推导出多相流系统积分型方程组,多相流第一输运公式,多相流控制体第一积分型方程组,多相流第二输运公式,多相流控制体第二积分型方程组,以及多相流控制体微分型方程组。     

多相流热物理研究的进展

首先阐述了工程热物理领域中研究多相流动及其传热传质规律这一新的学科分支─—多相流热物理学的重要意义及其在我国国民经济发展中的作用和地位，其次介绍了西安交通大学在这一方面的研究工作，特别是近十五年来研究多相流及其传热特性开展的情况，最后提出了今后多相流热物理方面研究工作发展的方向和趋势。     

新一代螺旋轴流式多相泵的外特性试验研究及数值模拟(英文)

以中国石油大学(北京)自主研发的新一代螺旋轴流式多相泵为研究对象,在不同工况下对其进行外特性试验研究.实验表明新一代螺旋轴流式多相泵能够输送很大范围的单相或多相流体.并且测定了转速、进口含气率、吸入压力等主要操作参数对多相泵性能的影响.通过实验发现多相泵的性能随着转数和进口吸入压力的提高得到明显改善,增压有所提高,高效区变宽,最优工况对应的流量增大.当含气率升高时,多相泵内两相流体产生速度滑移,泵内流型发生转变,导致多相泵振动、性能不稳定,多相泵的增压能力降低.另外多相泵入口处的均混器能够改善多相泵入口来流的条件,扩大多相泵的操作范围,对多相泵的性能影响很大.为了更好地了解多相泵内流场情况,建立了多相泵CFD数学模型.运用Fluent6.2进行数值模拟.通过求解雷诺时均N-S方程,并应用标准k-ε湍流模型来模拟泵内流动特性.首先用收敛的模拟结果与实验结果进行对比,将模型进一步修正,然后进行其他工况下的模拟.修正后的模型以及本文模拟的结果很好的反映了多相泵内流体流动的特点,同时利用该模型还可以进行各种工况下的性能预测以及多相泵的叶片翼型的优化.为今后新泵的设计提供了一种经济实用的方法.     

提高电阻层析成像实时性能的研究

电阻层析成像（ERT）是两相流／多相流检测的新技术,其动态实时性能直接关系到能否应用于工业过程参数检测和监控,为此分析了影响ERT实时性能的主要原因,着重介绍了利用有源高通滤波方法提高实时性能的理论和实验研究结果,给出了影响实时性能的瞬态过程分析。     

气-液界面对亲水微通道减阻特性的影响研究

采用格子Boltzmann方法和Shan-Chen多相流模型,模拟研究了气-液两相流体在具有疏水凹坑的亲水微通道中的流动减阻特性,重点研究了凹坑中滞留的气体与液体形成的气-液界面的曲率对流动减阻的影响,同时也分析了气-液界面随流体流动的变形规律。研究结果表明气-液界面的曲率对流体流动有显著影响,当气-液界面曲率达到一定程度时,能够显著地减小流体的流动阻力,而当气-液界面曲率超过某一临界值,反而增加了流动阻力,在流动过程中气-液界面的形状改变与毛细管数相关。     

基于多相流模型的纳米流体在水平细圆管内强制对流换热数值模拟

运用2种多相流模型模拟了纳米流体在细圆管内的强制对流换热特性,并与已有文献的实验值和传统流体经验公式的计算值进行对比.其中,采用混合模型和欧拉模型分析了雷诺数、纳米颗粒体积分数等物理量对换热特性的影响.结果表明:在纳米颗粒体积分数较低时,模拟值与其实验值及经验公式的计算值相差不大;随着纳米颗粒体积分数增加,其非常规的流体特性逐渐突出,当纳米颗粒体积分数达到一定值时,常规的流体经验公式已不再适用,纳米流体换热呈现出一定的多相流特性,且多相流模型的模拟值更接近于其实验值,表明运用多相流模型能够模拟纳米流体的换热特性.     

油气层渗流与井筒多相流动的耦合及应用

以油气层渗流及多相流理论为基础,将地层渗流与井筒复杂多以动结合考虑,建立了一套动态理论模型,并采用数值方法和技术进行了求解和计算分析.该模型较为全面地考虑了地层渗流规律和影响井筒多相流动的各种因素,可以动态地反映和描述油气井钻探和开发过程中各种复杂情况下井筒内多相流动特性以及对地层渗流的影响,对研究和指导油气钻探、开发和油气藏的动态描述具有现实意义.     

光学过程层析成像技术及其原型系统

提出了一个用于两相流参数检测的红外激光过程层析成像原型系统,并对系统的结构、算法、性能以及特点进行了分析.模拟实验结果表明,光学过程层析成像技术可以获得高成像速度和分辨率,是一种有发展潜力和应用前景的多相流参数检测技术.     

液化后土体的流态化特性研究进展

液化后土体的流态化运动通常具有突发性,影响范围广、危害性大。基于流体力学理论,从流动破坏角度进行地面液化后变形分析是一个较新的研究方向。首先简述了近年来对液化后土体流体性质的认识过程,分析了液化后土体的流态化现象及其发生机制,并重点介绍了目前常用于液化变形分析的宾汉姆模型和假塑性模型的相关研究成果。最后指出应结合工程实践,开展针对液化土体的流体动力学特征的研究,对相关流体模型进行修正,并进一步提出,在液化变形研究中,未来发展应该考虑建立基于固-液-气多相流理论的综合分析模型。     

基于气-砂两相流振动信号特征分析的砂粒检测

气-固两相流中固相信息的实时检测广泛应用于工业中的各个方面,特别是天然气开采过程中面临的出砂监测问题.为了丰富现有固相颗粒监测方法和技术,本文通过分析气-砂两相流流动撞击管壁激励的振动信号特征,开展气井出砂实时监测室内研究.本文利用加速度传感器感受砂粒撞击管壁的一次信号,随后通过信号调理、采集并转化为所需出砂信息.通过设计室内实验,对不同流速下的气流信号、不同携砂流速下的气-砂两相流信号、不同出砂率下的气-砂两相流信号进行时-频特征分析,结果表明14.0～18.0,kHz频段内气流信号幅值波动稳定且幅值较小,该频段为气井出砂监测的特征频段.进一步增加砂流量率,发现特征频段内的振动能量随含砂率的增加而增加,进一步验证了该出砂特征频段的有效性,并建立了气体流速与振动能量关系数学模型.本研究方法为后续较复杂的水-砂两相流、气-砂多相流流体中的固相检测研究奠定了良好的基础.     

水-气二相流本构模型参数的反演识别

在地下水多相流问题的模拟研究中,需要确定各相流体的本构模型参数.为此,首先通过非稳定水-气二相流试验获取砂土中水-气二相流动过程的试验数据,然后建立考虑水相、气相流动及相互溶混的水-气二相流数学模型,采用Marquart-Levenberg最优化算法建立水-气二相流本构关系模型参数反演模型,结合非稳定水-气二相流的试验数据,对水-气二相流本构关系模型（VG和VGM）参数进行了反演识别,得到了与试验中土样相关的水-气二相流本构关系模型参数的最优估计值.将所得到的水-气二相流本构关系模型参数的最优估计值代入到水-气二相流数值模拟模型中,对该非稳定水-气二相流试验过程进行模拟,将对应的模拟值与试验过程的观测值进行对比分析,二者吻合较好,证明了最优参数估计值的准确性和参数反演识别模型的有效性.该研究成果可以为确定多相流系统中与各相流体（包括水相、气相和非水相流体（NAPL））有关的本构关系提供帮助和技术支持.