煤层气井筒气液两相流数值模拟

在煤层气井开采过程中由于井底积液的影响,会在管道中形成气液两相流动。用数值模拟方法研究含气率、进口压力、进口温度、压降等参数对气液两相流流态的影响。结果表明：进口压力和进口温度对气液两相流流态影响较小;含气率对两相流流态的影响很大,决定了气液两相的流态,当含气率小于0.2时,气液两相流呈现泡状流,当含气率在0.2～0.3时气液两相流流态呈现段塞流,当含气率在0.5～0.6时,气液两相流流态呈现搅动流,当含气率超过0.8时,气液两相流流态呈现环状流;压降对流体的影响较为复杂,随着压降增加,流态会缓慢发生变化,管内两相流中的气体膨胀,改变了截面含气率以及气液两相的表观速度,使两相流流态发生了转变;当压降超过一定值时,流态会从一种形态转变为另外一种形态。     

喷水推进器进水流道在来流含气条件下的内部流动特性分析

为了研究喷水推进器进水流道在来流含气条件下的内部流动特性,以轴流式喷水推进器为研究对象,对喷水推进器在不同来流含气条件下进行全流域定常数值仿真,得到了不同来流含气条件下进水流道各截面气相体积分数分布特征和不均匀度变化规律.计算结果表明：在低航速区间时,进水流道内流量小、流速低,受管道几何结构影响,下部弯管处流体堆积现象明显,随着航速的升高,流量增大、流速提高,流体在上部弯管处产生流动分离,导致堆积区向上部弯管转移;在来流含气条件下,进口含气率和气泡直径的增大,会导致气液两相干涉作用变强,造成气体堆积现象加剧,影响流面的不均匀度.     

应用电阻层系成像技术测量垂直管道气/液两相流分相含率

通过对垂直管道中气／液两相流截面相含率测量影响因素的分析,以电阻层析成像系统为检测工具,提出了提取原始测量数据边界特征值的方法和描述气／液两相流截面相含率的特征函数,得到了气／液两相流的截面含气率,仿真计算与实验测试结果表明,在研究导电的液相为连续相的气／液两相流情况下的分相含率时,上述方法是一种有效的测量手段．     

光纤两相流测试系统与实验

基于光纤双探针的方法设计了一套光纤两相流参数测量系统,可以满足两相流的微观特性测试的需求.该系统能够很好地识别气液两相流中的不同相,将光纤探针测得的光信号转换为电信号,经过偏置放大等处理后输送给采集系统,最终通过计算机编程进行数据处理.模拟实验测得了含气率、气泡速度、气泡大小等3个参数,分析了其径向分布规律:在一定的操作条件下,随着气流量的增加,含气率随之增加,径向分布由边壁峰、中间峰转向中心峰;气泡的上升速度增加,呈现管道中央速度大边壁速度小的分布;在一定的范围内,气泡大小的径向分布比较平稳.该实验验证了光纤两相流测量系统的可行性,展示了光纤探针技术用于两相流测量的优越性.     

涡街流量计在含气液体测量中的试验研究

在以水为连续相的流体里注入少量空气,空气为离散相,研究了涡街流量计在这种两相流条件下的测量特性。试验在直径为50 mm的水平管道中进行,水的流量为6~12 m3/h,注入的气体体积含气率为3%~15%。涡街流量计同时用谱分析以及脉冲计数对水流量进行测量,并且对两种不同测量方式进行了比较。通过对试验数据的处理,分析了不同的含气率对涡街流量计测量误差的影响。     

气液两相流中压力波传播的实验研究

在含气率为0-0.7 m/s,折算液速为0-1.5 m/s范围内实验研究了气液两相泡状流和弹状流中压力波的传播.利用压力信号分析了气液两相流中压力波传播的速度和衰减特性,证明气液两相流中压力波的传播具有色散特性,其传播速度和衰减系数受含气率和扰动角频率的影响很大,而工质的折算速度对压力波的传播几乎没影响.     

输油管道液柱分离模拟

为了研究输油管道在不稳定流动过程中,因轻质组分挥发、气泡聚集而形成的液柱分离现象,建立了水击分析数学方程.基于分相流模型,采用特征线法、有限差分法将偏微分方程数学模型转化为代数方程组,并采用Newton-Raphson法进行求解,给出了分析步骤.最后,采用VC++开发了仿真程序,分析了输油管道中途截断阀突然关闭时,阀后管道拔高点处的水力瞬变工况.同时,还分析了初始油品中的含气率对液柱分离的影响.结果表明,当含气率大于10-6时,初始含气率越大,管道拔高点处低压持续时间越长,压力响应越滞后,液柱弥合压力越大;否则,可以不考虑含气对水力瞬变的影响.     

垂直环空空气－泥浆气液两相流实验研究

对空气在垂直环空泥浆中流型分布规律及运移规律进行了研究，结果表明，气体在泥浆中流型分布与在水中流型分布相比差别很大，同样流型下气体在泥浆中的上升速度比在水中上升速度略低，但基本接近，然而二者的数学表达式却相差甚远．这是因为在同样的含气率的情况下，在空气－泥浆两相流系统中，从泡状流向团块状流过渡要比空气．水两相流系统中早得多．实验还发现，在常温常压且泥浆粘度高的情况下，空气泥浆两相流系统中不存在泡状流，气体含量小时即为弹状流，因此．气体在水中的流型分布规律及上升速度模型不能简单地用于泥浆作为液相的气液两相流中．     

涡激振动对管道液固两相流流场的影响

采用以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型和计算流体动力学(CFD)技术模拟涡激振动下的管道内部液固两相流流动,研究了涡激振动对深海采矿矿物颗粒水利提升的影响.通过对3种涡激振动工况下液固两相流流场计算分析,发现管道的涡激振动会改变颗粒轴向速度分布和颗粒浓度分布.在涡激振动作用下颗粒轴向速度分布发生"波动"现象,颗粒浓度分布发生周期性的变化,局部浓度明显提高.     

稀疏固液两相流中空泡云的振动研究

建立了空泡云在稀疏固液两相流中振动的控制方程组，由小扰动理论和声学的方法求出了空泡在稀疏固液两相流中发生体积振动时声压传播的解析结果，分析了空泡云中空泡的大小、数量和混合流体中含气量、固体颗粒对空泡云振动的影响．     

基于空隙率波特性的垂直气液两相流流型判别研究

通过实验得到了垂直管内气液两相流动各种流型的空隙率波,对空隙率波进行信号处理,得到了泡状流、弹帽泡状流、段塞流、沫状流等各种基本流型的空隙率概率密度分布规律和频谱。结果表明,不同流型的空隙率波、概率密度函数(PDF)曲线和频谱曲线具有不同的特征,截面平均含气率越高,空隙率波的频率越趋于单一。因此在不可视的条件下可以根据空隙率波特性,利用这些曲线特别是PDF曲线特性判别流型。     

有压输水管道系统气液两相瞬变流研究综述

综述一个多世纪以来，有压输水管道系统中有关气体释放、空穴流及液柱分离，计算分析方法，水锤防护及实验研究等方面的主要研究进展，并提出还需对气液两相瞬变流基本理论，空气进排气阀的特性，截留气闭的动态特性和动力特性，实际工程优化设计理论等诸多方面进一步研究。     

高含气率条件下V锥流量计的压力恢复特性

针对高含气率条件下V锥流量计内气液相分布及对V锥下游压力恢复影响进行了实验研究,考查了不同流型的来流以及节流比对气液相分布的影响,获得了不同节流比V锥流量计的压力恢复长度。研究表明:气液两相流流经V锥后,其流动状态可能发生转变,节流比越小,来流的变化越明显;流态的变化直接影响V锥流量计内的压力分布,气液两相流条件下V锥流量计所需的压力恢复长度与单相流体相比较短。对于节流比为0.45的V锥流量计,高含气率条件下,下游压力在6D(D为管道内径)处可以恢复,部分工况下,压力在下游3D处也可恢复,而节流比为0.55、0.65和0.75的V锥流量计,压力在下游3D处即可恢复。研究结果可为开发基于单V锥节流元件的气液两相流量在线测量方法提供技术支撑。     

管内气液两相流涡街稳定性分析

为了研究管内气液两相流涡街的内在特征,提出1个量纲为1的变量即稳定性指数,根据稳定性指数偏离稳定状态的程度,定量判断管内气液两相流涡街的稳定性。以空气和水为介质,以三角柱为旋涡发生体,在内径为50mm的水平管和垂直上升管中分别进行实验,分析雷诺数和体积含气率对气液两相流涡街稳定性的影响。研究结果表明：体积含气率对管内气液两相流涡街的稳定性起主要作用;在水平管中,当体积含气率小于15％时,涡街比较稳定,稳定性指数的取值为1．00±0．16;当体积含气率大于15％时,稳定的涡街难以维持,部分涡街的稳定性指数为2．0-3．0：在垂直上升管中,稳定的涡街体积含气率可以达22％,在此范围内,稳定性指数的取值为1．00-0．12;当体积含气率大于22％时,涡街变得不稳定,此时,部分涡街的稳定性指数为0．50～0．75。     

气液两相流诱发顺列双圆柱升力功率谱特性研究

两相流诱发管束振动的研究尚处于起步阶段,研究气液两相流中串联双圆柱的诱发振动特性,有助于理解管束中管子之间相互影响机理,对于进一步研究复杂管束中的流体诱发振动现象具有重要意义,为此对受到垂直向上气液两相流横向冲刷的顺列双圆柱所受的升力进行了实验研究．实验中来流雷诺数的范围为１．６×１０４～８×１０４,截面含气率的范围为０～０．３０,管间距比Ｌ／Ｄ等于２．０、３．０、４．０．实验结果表明：在一定的试验范围内,在含气率小于０．１５的情况下,当管间距比等于４．０时,每个圆柱的脉动升力功率谱图都存在峰值,而管间距比等于２．０、３．０时,只有后面的圆柱升力功率谱图上有峰值;当含气率大于０．１５时,两根圆柱脉动升力功率谱图的峰值消失;雷诺数对功率谱特性的影响相对较小．     

煤层气井气水两相流产气通道导流能力分析

为分析煤层气井产能,基于煤层气井压裂后地层液渗流和管流模型,建立了气水两相流阶段下变裂缝变流量产气通道导流能力模型,并对排采阶段影响导流能力的因素进行了分析,提出了持液率是影响气水两相流阶段导流能力的重要因素.该模型为煤层气井产能的分析提供了重要依据.当持液率等于1时,该模型为单相水流阶段导流能力模型;当持液率等于0时,该模型为单相气体流动阶段导流能力模型;当计算模型中裂缝宽度变化函数为常数时,即为恒裂缝宽度导流能力模型;分析结果表明:煤层气井在气水两相流阶段其产气通道导流能力受持液率的影响,随着持液率增加,导流能力增加;气水两相流中水所占的比例越大其导流能力越大,即单相水流阶段比单相气体流动阶段产气通道的导流能力大,一方面煤层气的解吸产出使产气通道内持液率降低,产气通道的导流能力降低;另一方面煤层气的解吸产出时煤基质收缩,产气通道增大,其导流能力增加.故煤层气定量排采中可以设计合理的产气量使产气通道达到最佳的导流能力,以优化煤层气的排采制度.     

稀疏固液两相流中空泡云的振动研究

建立了空泡云在稀疏固液两相流中振动的控制方程组，由小扰动理论和声学的方法求人泡在稀疏固液两相流发生体积时声压传播的解析结果，分析了空泡云中空不 包的大小，数量和混合流 中含气量、 体颗粒对空泡云振动的影响。     

基于空隙率波特性的垂直气液两相流流型判别研究

通过实验得到了垂直管内气液两相流动各种流型的空隙率波，对空隙率波进行信号处理，得到了泡状流、弹帽泡状流、段塞流、沫状流等各种基本流型的空隙率概率密度分布规律和频谱。结果表明，不同流型的空隙率波、概率密度函数(PDF)曲线和频谱曲线具有不同的特征，截面平均含气率越高，空隙率波的频率越趋于单一。因此在不可视的条件下可以根据空隙率波特性，利用这些曲线特别是PDF曲线特性判别流型。     

欠平衡钻井地层出气量对环空压力影响分析

采用欠平衡钻井技术钻遇裂缝、溶洞或高气油比油气藏时,地层气体会在重力置换作用和压差作用下进入井筒,对环空压力剖面产生影响。出气量不同对环空压力的影响不同。建立了环空气液两相流动模型并采用Mathcad编制程序求解模型、实例分析了出气量对流型、环空含气率、密度及环空压力的影响。分析结果表明:环空不同井段流态不同,随着出气量的增加,环空依次会出现搅动流和环雾流,对携岩不利;随着出气量的增大,环空含气率增大,密度减小,且出气量对含气率和密度的影响程度井口比井底大得多;井底压力随出气量基本呈线性规律变化。     

熔体吹气发泡法制备泡沫铝的准三维数值模拟

为了分析气泡与铝熔体间的相互作用及汽液两相流动特性,提出准三维模型,即用多重参考系法模拟横向桨叶平面,用边界条件模型模拟纵向平面的搅拌过程,并将两种方法进行耦合;应用双流体模犁模拟气液两相流场,标准k-ε湍流模型模拟液相流场的湍流效应.计算结果表明,最大周向速度在桨叶端部附近,桨叶上下方,各形成一个回流区,气体射流作用下,流场内旋涡较强;平均含气率随着气体流率及桨叶转速的增大而增大.