高速球轴承喷油润滑流场特性研究

为了揭示高速运行条件下轴承腔内油气两相的分布情况,提升高速轴承的喷油润滑效果,考虑滚动体自转及公转运动,通过定义旋转坐标系描述轴承各组件运动关系,构建轴承腔内油气两相流动精确分析模型;在此基础上,采用流体体积函数(VOF)模型及压力耦合方程组的半隐式(SIMPLE)算法对轴承腔内油气流动进行求解,得到油气两相在轴承腔内的分布状态;通过探讨不同工况下润滑油在轴承腔内的宏观运动规律,从压力分布、润滑介质分布特性等角度评估了喷油润滑条件下高速轴承的润滑性能。结果表明:受轴承内部气流影响,润滑油脱离喷嘴后逐渐发生偏移,运行转速越高,偏移越大,导致高速时润滑油难以直接到达滚球与内外圈接触区附近;当转速升高时,运动部件上的润滑油逐渐减少,成为制约喷油润滑效果的关键因素。     

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.     

加注天然气稠油高温高压条件下井筒流动特征

针对塔河稠油举升困难技术难题,采用高温高压井筒模拟可视装置,研究油气两相井筒举升过程中不同温度、压力、气油比对流动型态的影响,通过电阻探针研究不同油气两相流动型态下的电阻探针频谱信号特征,建立可视与电阻探针与流动型态的关联关系,建立不同温度、压力下油气两相流动型态特征图版。结果表明:温度升高,小粒径的流型如泡状流等易转变为大粒径流型如弹状流、段塞流等,压力对流型的影响规律与温度相反;稠油加注天然气降低举升压降的主要机制为溶解降黏和密度降低;油气两相不同流型下总举升压降由小到大排序为泡状流弹状流蠕状流段塞流环状流;泡状流时油气混合流体降低举升压降效果最好,在实际生产过程中应尽可能使流型分布在泡状流状态。     

宽裕润滑参数下滚动轴承润滑特性研究

滚动轴承是精密机床、特种车辆等重大装备的关键支撑零部件,其润滑性能直接决定了轴承的稳定服役性能,进而影响到重大装备的工作性能指标.基于理论仿真及实验研究,开展了油气润滑滚动轴承宽域润滑参数下的运行特性研究.结合多相流动分析技术,研究了高速角接触球轴承内部油气的流动状态,揭示了轴承内部油气流动基本规律.在此基础上,设计了滚动轴承润滑性能试验验证平台,实验分析了不同润滑参数对轴承温度的影响规律,获取了特定转速下温升最小的轴承润滑参数,证实了滚动轴承不同润滑参数对其服役性能的影响程度.研究工作对于滚动轴承宽域润滑状态下的服役性能分析提供基础依据.     

高速角接触轴承油气润滑两相流动特性数值研究

针对油气润滑高速角接触球轴承腔内润滑冷却问题,提出了角接触球轴承油气两相润滑高精度数值计算模型。采用两相流模型和多重坐标系方法模拟轴承腔内两相流动特性;研究轴承运行工况及保持架几何参数对轴承腔内流场分布与换热效率的影响。结果表明:球形兜孔保持架轴承腔内的平均温度低于柱形兜孔保持架轴承,与实验结果相符。同时,过大或过小的兜孔间隙均会造成轴承腔内平均温度升高,因此合适的保持架兜孔结构与几何参数对于提高滚动轴承润滑性能至关重要。单个油气入口时,轴承腔内的润滑油分布并不均匀,在油气入口附近油相体积分数达到最大值;随着与入口位置距离的增加,油相体积分数逐渐降低。     

含气率对油气润滑性能的影响

根据弹性流体动压润滑理论,对油气润滑滚动轴承问题进行了数值模拟研究,详细探讨了润滑油中混入气体后对滚动轴承油膜形状、承载区压力、量纲一摩擦力、量纲一承载力等性能的影响.研究表明:在同等条件下,油气润滑能增加滚动轴承的油膜厚度、增大承栽油膜范围、使量纲一摩擦力降低25.8%,量纲一承载力提高2%.揭示了油气润滑性能优于传统油润滑性的内在原因.     

混凝土泵高低压切换阀典型管网液流特性

针对混凝土泵泵送过程中高低压切换阀压力损失的严重问题,采用计算流体动力学(CFD)方法,结合油液流动特性对阀块管网结构进行优化设计。以混凝土泵高低压切换阀内典型的"∏"型孔道为研究对象,在Fluent中对流道结构进行建模和仿真,通过数值模拟得到了流道内压力、速度等参数的分布和变化规律,分析了刀尖角方向和工艺孔属性对管道压力损失的影响。同时在HBT80S1813型拖泵上用改进前后的2种阀块做了对比试验。仿真结果表明:液流方向正对刀尖角时管道压力损失较小;管网阻力随工艺孔通径的增大而减小,超过最大工艺孔通径后压力损失不再明显变化;工艺孔有效长度大于1.5倍工艺孔通径时,管网压力损失随工艺孔有效长度的增大而增加;工艺孔冗余腔的长短对管网压力损失没有明显影响;按仿真结果优化后的阀块压力损失明显减少,系统发热得到改善,证实了理论分析和仿真结果的正确性,研究结果可为阀块流道的结构设计及优化提供理论依据。     

滚动轴承油气润滑性能的试验研究

为了研究不同工况下油气润滑所需的最佳供油量,研制了一台能够对油气润滑滚动轴承温度场进行测量的试验台。通过对比试验研究发现:与传统的连续供油润滑方式相比,油气润滑具有较低的温升;试验研究了油气润滑过程中供油量对润滑效果的影响,发现不同的工况条件对应不同的最佳供油量,以该供油量进行润滑可使滚动轴承的温升最低;通过理论分析,提出了用于描述滚动轴承工况的参数s,并通过大量的试验研究,得到了工况参数s与最佳供油量之间的四次多项式插值曲线,建立了能够对油气润滑最佳供油量进行预测的数学模型,为工程实际应用中最佳供油量的确定提供了重要的理论依据。     

简单扩张式消声器的CFD仿真

用CFD软件FLUENT对两种不同结构形式的简单扩张腔消声器的速度场、压力场进行三维稳态流动数值模拟,研究相应压力损失随入口流速的变化趋势.研究结果表明:内插管对消声器的流场和压力损失有较大的影响,带内插管的消声器阻力损失比未带内插管的要小,原因是内插管对气流产生导流的效果.     

油气润滑输送中两相流的形成

通过实验和数值模拟的方法研究了油气润滑系统输送润滑油的过程中,管道中流体的流动状态及气体在润滑油中的扩散规律。结果表明:润滑油的流动形态与雷诺数关系密切,通过图像分析方法得到润滑油中含气率为4%~6%。通过数值模拟发现,润滑油呈波浪式翻滚运动形态,在润滑油和管道壁之间形成许多气室。气室中的压力高于周围润滑油的压力,导致气体在润滑油中扩散。输送管道中形成正常连续油膜时的含气率约为6.12%,与实验结果基本一致。     

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%。     

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。     

管内油气两相流流量变化瞬态过程研究

为了给油气两相流管线的设计和运行的安全性提供参考依据,并为油气两相流瞬态模型研究提供检验数据,对流量改变引起的油气两相流瞬态过程进行了详细实验研究．实验系统的管路采用管径为２９ｍｍ,总长为１８ｍ的有机玻璃管道,由水平段、垂直上升段和垂直下降段三种管道布置组成;实验工质为３０＃机油和空气．在垂直下降段、水平段和垂直上升段设置测量段,测量压力、压降、含液率和流型;用微机数据采集系统实现自动连续采集,能得到流动参数快速变化的详细信息．该系统可同时采集１６路信号,采集频率为１ｋＨｚ．实验发现,增加气相流量时压力会陡然增加,超过最后的稳态值,出口流量也会出现瞬间峰值,增加液相流量和分别减小两相流量的操作不会引起超越稳态值的问题,因此在油气两相流管线的设计和运行操作时应考虑气相流量增加过程中出现的极大值超越稳态设计值所带来的技术问题．     

深水钻井隔水管段大尺寸环空压耗数值模拟

深水钻井过程中海水段隔水管环空中的水力学特性与常规井有较大差别。运用理论分析的方法对海洋深水钻井隔水管段大尺寸环空中的压力损失进行了研究,分析了环空泥浆返速、钻杆旋转速度、钻井液性能和环空尺寸等对压耗的影响,并与常规井眼环空压耗进行了对比。研究结果表明:在大尺寸环空中,对于幂律流体,在层流状态下环空压耗随钻杆转速的增加而减小;随着环空尺寸的增大,环空压耗急剧降低;随钻井液流变指数和稠度系数的增加,环空压耗呈指数增大和线性增大。本文可为研究隔水管环空螺旋流携岩规律提供帮助。     

基于管壁取样的气液两相流量测量

为克服传统取样式多相流量测量方法取样口易堵塞的缺点,提出了通过管壁取样测量气液两相流体流量的新方法.管壁四周均匀布置4个直径为2.5 mm的取样孔,并在上游采用旋流叶片将来流整改成液膜厚度均匀分布的环状流型,从而增强了取样的代表性.分析表明,取样流体中的液相质量流量与主流体液相质量流量的比值主要取决于取样孔的数目和大小,而取样流体中的气相质量流量与主流体气相质量流量的比值则与主管路液相流量有关.在管径为0.04 m的气液两相流实验回路进行的实验表明,在实验范围内液相取样比为0.049,基本不受主管气液相流量波动的影响,能够在宽广的流动范围内维持恒定.液相流量最大测量误差为6.8%,气相流量最大测量误差为8.9%.     

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。     

抽油井真实液面测试技术研究及应用

当抽油井流压低于原油饱和压力时,环空中由于气体从油中分离出来而产生泡沫段,从而失去明显的油气界面,无法采用回声仪测试油井的真实液面,给流压计算带来了一定误差,造成了生产决策的失误。根据物质平衡方法设计的拟液面测试仪,通过测试油套环空排气和恢复时的压力梯度及排气量,并根据油井的油气比、含水率、气体比重进行修正,计算出环空拟气柱的高度,即油井真实液面。现场测试表明,该方法比回声仪测试法误差减少10%以上,能满足油井液面测试的需要。     

倾斜井筒气液段塞流识别与压降模型研究

建立了斜井中的段塞流模型,绘制了流型图,提出一种计算管流段塞流压降的新方法。根据实验修正了环空半环泡漂流速度和真实含气率,给出了修正的环空段塞流孔隙率计算公式。对某油田8口油井40井次的新模型压力梯度计算值与测量结果比较显示,管流和环空段塞流的平均绝对百分误差分别为5.5%和6.5%,与计算斜井压降的Beggs-Brill和Ansari模型相比,误差更低,不仅能够满足工程计算的需要,且不存在收敛性和区域性的问题,具有良好的应用价值。     

水平管内气液两相流影响滑脱损失的实验研究

为了探究滑脱损失在气液两相流中对压降存在的影响,从而进一步减小滑脱带来的损耗,本文通过利用多相流实验设备,采用水-空气为流动介质,对水平管条件下的气液两相流中的滑脱损失进行了实验研究。在采用杜克勒Ⅰ法无滑脱压降模型的理论基础上,结合实验所得数据,利用滑脱密度、滑脱压降和滑脱压降比三个参数分别对不同管径、不同液相表观流速以及不同气液比条件下的滑脱损失进行了分析。结果表明：在相同气体表观流速条件下,最大滑脱损失会随管径的增大而增大;当气相表观流速一定,液相表观流速越大时,滑脱损失在管线的整体压降中产生的影响越大;在液体表观流速不变,气液比改变时,可根据滑脱压降大小判断滑脱损失影响;水平管中滑脱损失变化与滑脱密度之间没有明显的关联性;水平管中段塞流型相较于层状波浪流会产生更大的滑脱损失。以上结论可为工程设计、实践提供参考。     

油水气三相流的流型及泡状流向弹状流的转变

油水气多相混输是海上油气田开发中赖以取得重大经济效益的技术,其流动特性的准确计算是管线设计及安全、经济运行的重要依据.首先,通过实验确定出了油水两相混合物由油包水(W/O)向水包油型(O/W)的转变发生在含水率约为0.45时.垂直下降管内油水气三相流的流型基本上可以划分为油包水和水包油型的泡状流、弹状流及环状流.通过对垂直下降管内气泡碰撞、合并机理的分析建立了油水气三相流动过程中泡状流与弹状流间的转变界限的计算式,该转变发生的临界截面含气率约为0.35,计算结果与实验值的平均误差为11%.泡状流向弹状流的转变主要取决于折算气速和折算液速的大小,含水率对转变界限的影响较弱.