振荡流混合器湍流流场的数值模拟

应用计算流体力学技术,采用层流模型和湍流模型对净流量为0、一定雷诺数区间振荡流混合器单腔室中的层流流场和湍流流场进行了数值模拟计算。首次实现了振荡流混合器流场湍流流动阶段的三维数值模拟,较好地反映了湍流阶段振荡流混合器速度场分布状况,并获得了反映振荡流混合器速度场在一定雷诺数条件下非对称分布的模拟结果。     

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自激振荡腔室是产生自激振荡脉冲射流的重要条件，振荡腔室的结构参数、流体流动参数、有效反馈条件及流场特性直接影响脉冲射流的瞬时冲击力。文章在理论与实验研究的基础上，采用标准的K-ε模型，应用有限元软件ANSYS进行了腔室内三维流场的数值模拟，并根据结果作出了流场速度分布图及压力与各影响因素的关系图。模拟结果与室内台架实验对比表明，数值模拟能很好的反映流场的分布及腔室压力与各影响因素之间的关系，对进一步研究有指导意义。     

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振荡腔室内流场特性是研究钻井水力它激振荡的重要内容。文章首次把数值模拟的方法应用到对它激振荡腔室内流场的研究中，采用湍流的Girimaji非线性模型能很好地模拟腔室内的流场。通过数值模拟，描述了腔室内流场的特性，找出了它激振荡腔室自增流量与腔室结构参数及流体性质之间的关系。模拟结果表明：腔室结构和流体性质对自增流量有着很大的影响，并且规律性很强。喷嘴直径比值和上喷嘴流量是最主要的两个因素，在模拟条件下，最优喷嘴直径比值为1.5，自增流量随着入口流量的增加而增大。流体性质具有一定影响。     

实体PDC钻头流场数值模拟

为了从微观上分析PDC钻头的流场．从而优化PDC钻头的水力结构设计,利用计算流体动力学技术,对一只实体PDC钻头的三维流场进行了数值模拟。模拟中考虑了钻头的切削齿和射流喷嘴对流场的影响。流场的网格划分采用局部加密的混合网格形式,保证了计算精度和运算速度的要求。流场的三维模拟结果揭示了钻头的低速区、回流区和滞流区域。为钻头水力结构优化分析奠定了理论基础。     

环管喷射反应器气相流动数值模拟

利用三维k -ε湍流模型 ,建立了数值解法和计算程序 ,对环管喷射反应器混合室流动场进行了冷态数值模拟研究。模型成功地预报了混合室流动特性以及气流平均速度和压力的分布。为环管喷射反应器的设计、放大提供了理论依据。     

聚合物分散溶解系统数值模拟研究

文丘里射流水粉混合与搅拌罐混合工艺均是聚合物驱油配注阶段的重要工艺。为了研究文丘里射流与搅拌罐配合使用的混合分散效果,采用计算流体力学软件FLUENT对水射流喷射器和搅拌罐进行了分散溶解系统多相流场的数值模拟与分析。首先分析了不同工况下文丘里射流时的水粉混合情况,而后对搅拌罐内的多相流场进行数值模拟,获得各相的速度、体积分数、压力及湍动能的分布,最后分析了相应条件下的聚合物干粉质量分数和聚合物分散溶液分散效果。研究结果表明:文丘里射流与搅拌罐配合使用,能使聚合物干粉均匀充分地分散到水中,理论上优于同等条件下的风送混合效果。研究结果可为现场聚合物驱油的配注工艺提供参考。     

变质量气液分层流动数值模拟

管内气液两相分层流动是管道输运和水平井采油中的重要研究课题之一,而气液界面是研究的重点内容,尤其有气泡穿过界面的分层流是水平井采油中有射孔注入时不可回避的流动现象,也是数值计算的难点所在。首先采用一维定常模型对分层流作整体研究,然后采用三维非定常模型进行数值研究,利用VOF方法捕捉气液界面,应用RNG湍流模式和有限体积数值方法计算圆管内三维非定常雷诺方程,得到了典型界面上有质量交换的分层流流场和界面上阻力变化的结果。     

油水分离旋流器的模拟分析与结构优化

根据计算流体动力学(CFD)的原理和方法,以流场数值模拟为基础,利用大型流体计算软件对油水分离旋流器内流体的运动规律进行了模拟分析。在模拟分析基础上,以提高分离效率为目的对油水分离旋流器的入口流道形式、溢流出口直径和旋流腔长度进行了优化设计。在实际应用中,应用计算得到的优化结构,可以提高旋流器分离效率8%左右。     

纵流式换热器壳程层流流动与传热的数值模拟

采用计算流体力学和数值传热学方法 ,对纵流式换热器的运行工况进行简化和假设 ,建立了壳程层流流动与传热的数学模型。为改进收敛性和提高计算精度 ,用算子分裂法和二阶时间精度离散格式等改进算法 ,用三维等参单元导出了离散化非线性控制方程组 ,编制了数值模拟程序。对纵流式换热器壳程的流场和温度场进行了数值模拟研究 ,得到换热器内流体流动状态和热流分布 ,并分析了支撑结构的参数变化对流体流动和传热的影响。数值计算结果和实验数据吻合较好 ,该模型能有效地模拟纵流式换热器壳程流动与传热特性     

PDC钻头静态及旋转流场数值模拟比较研究

为区别PDC钻头在静止时和不同转速时井底流场的异同,文章运用计算流体动力学方法对PDC钻头分别进行了三维井底静态和旋转流场的数值模拟。分析了静态和旋转流场中井底流速及刀翼表面流速的变化情况,并计算了井底各区域的流体湍动能和流速以及刀翼切屑齿表面的平均流速。分析和计算结果表明,井底流场的数值模拟结果随着转速的变化,对井底和切屑齿的流场分布和变化有一定影响,并且对内锥、冠部、肩部及保径部位的影响趋势各不相同,有必要在PDC钻头水力结构的优化设计中采用旋转流场模拟方法进行研究。     

液-液气引射器混合室最佳长度仿真研究

研究了应用于液-液气两相流引射器的特性,建立了引射器气液两相湍流流动的数学模型,进行了以液体为工作流体,同时抽吸气、液两相介质的二维全流段数值仿真。重点研究了不同混合室长度对引射器性能的影响,结果表明,当混合室长度lH=6d3(混合室直径)时,气液两相流体混合较为均匀且沿程损失较小,还可满足经济性要求,因此lH=6d3为最佳混合室长度尺寸,此时引射器中的流体具有明显的射流特征。     

矢量优化技术在FCC进料喷嘴开发中的应用(Ⅰ)——"外部矢量"的优化

采用大型冷模实验,结合多种现代多相流测试技术,考察了FCC提升管内催化剂和原料油的流动、混合状况.通过引入4个新参数:射流相无量纲特征浓度(反映射流的扩散速度)、颗粒密度分布均匀性指标(反映催化剂颗粒分布的均匀程度)、颗粒相返混比(反映催化剂颗粒的返混)和特征浓度剂油比(反映剂油的浓度"匹配"),定量比较了不同喷嘴出口...     

ZM-2钻井液密度调节混合装置的研制与应用

深水海底常常潜伏着高压浅层(气、水)流,在没有安装防喷器的情况下钻遇浅层流风险很大。此时,常规的借助井口装置产生回压来平衡地层压力的压井方法就不再适用了。在分析国内外多相混合系统结构特点的基础上,根据动态压井原理研发了具有自主知识产权的ZM-2钻井液密度调节混合装置,主要由节流阀、高精度电磁流量计、混合器、哑铃状喷嘴及连接管路等组成,由安装在混合器上的3个入口分别提供重浆、海水及添加剂,采用对冲射流方式来实现不同密度流体的快速均匀混合。室内试验测量获得了节流阀开度与注入流量的关系,确立了压井液密度与重浆流量的线性关系。在南海八号钻井船上进行的现场试验结果表明:所研制的ZM-2钻井液密度调节混合装置整体运行稳定、混合效果良好,在流出混合器混合腔后约0.3m的距离,混合组分密度差可以控制在0.05g/cm3以内,精度较高,可满足动态法压井作业施工的要求。     

涡轮搅拌桨反应器混合过程的数值计算

利用CFD方法计算单层涡轮反应器搅拌槽内流体混合过程的速度场和浓度场,研究物料在搅拌槽内的混合过程,以及不同监测点对混合时间的影响。结果表明,搅拌槽内物料的混合主要受槽内流体的流动形式所影响;混合时间的长短与监测点位置有关;在搅拌桨的桨叶附近进行监测所得到的混合时间较短,在液面附近进行监测所得的混合时间较长。在实际生产和试验中,应注意对监测点位置的选取。     

多气源混输管道在线气相色谱仪安装位置的确定方法

采用在线气相色谱仪实时监测管道中天然气组分的变化是目前大型输气场站保证天然气计量准确性的关键工艺,而在线气相色谱仪抽取样品的代表性则是保证分析检测结果准确可靠的关键因素,对于多气源汇合的输气场站,不同气源天然气的混合程度直接关系到在线气相色谱仪所取样品的代表性。为此,以中石化川气东送工程的普光首站为例,按照该站的工况条件,采用FLUENT软件对多气源天然气的混合规律进行了仿真模拟,探讨了多气源天然气混合距离与温度、压力、流速等因素的关系,以及多气源天然气混合均匀的最近位置。试验结果表明:(1)含两种不同摩尔分数值组分的天然气在汇管不同位置处混合的均匀程度不同——距汇管50 m处天然气各组分混合不均匀,具明显分层现象,距汇管150 m处天然气各组分的混合开始呈现均匀状态,但仍存在分层现象,距汇管280 m处天然气各组分混合完全呈现出均匀状态,其CH_4摩尔分数为98.30%,CO_2摩尔分数为0.95%;(2)在普光首站距混合点280 m以远处的位置安装在线气相色谱仪取样较为合适;(3)对于气源体积流量或气源的体积流量差别较大、压力较高或温度较低的工况条件,在线气相色谱仪的取样点可适当靠近混合点。     

Numerical Simulation of V-cone Flow Meter in Product Oil Pipeline of Batch Transportation

Abstract

For product oil pipeline of batch transportation, this article describes the application of a V-cone flow meter in flow rate calculation of mixing oil in a pipeline, analyzes the velocity distribution in the internal flow field of a pipeline, obtains the qualitative relationship between the discharge coefficient of a V-cone flow meter and Reynolds number of mixing oil, and obtains the variation law of skin friction coefficient on the surface of the pipeline. The results show that a V-cone flow meter can overcome the shortcomings of a traditional flow meter. A V-cone flow meter can be used to measure the flow rate of a mixing oil section.     

基于Fluent的旋流混合反应器模拟与优化

为了提高含油污水处理中药剂的混合效率,基于流场强度理论和Fluent软件,建立旋流混合反应器三维几何模型,对污水加药旋流混合反应器内流场进行模拟,研究了污水处理量、污水含油质量浓度、反应器直径和筒体高度对药剂混合效果的影响,并优化了旋流混合反应器的结构参数。研究结果表明:随着污水处理量的增加,药剂混合效果增强;污水含油质量浓度对药剂的混合效果无明显影响;在一定程度上减小旋流混合反应器直径可强化混合效果;当直径为200 mm、筒体高度为300 mm时旋流混合反应器达到设计处理量下的最佳综合混合效果。所得结论可为旋流混合反应器的设计与优化提供指导。     

基于CFX软件油气混输泵压缩级流场模拟及分析

利用CFX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来计算油气混输泵单级内三维气液两相流场。通过压力场、速度场及气液相分布的分析,探讨了气液混合介质在油气混输泵单个压缩级内部的流动规律,并对单个压缩级外特性进行了预测。模拟和试验的对比结果表明：该计算模型能较好地预测多相混输泵在较低入口含气率工况下的性能,而当多相混输泵入口含气率比较高时,模拟值和试验值有一定的偏差。     

鼓泡流化床内木屑成型颗粒混合化学链气化特性

木屑成型颗粒的大尺寸、非球形等特点，使其在流化床内的混合特性显著影响化学链气化中三相产物的分布。为研究成型颗粒流化及化学链气化特性，分别在冷态和热态工况下进行了颗粒混合实验和化学链气化实验，研究了不同流化速度下成型颗粒在轴向的浓度分布特性和三相产物组分分布规律。冷态混合实验表明：低流化速度下，成型颗粒浓度分布不均匀，在中上层形成堆积，流化速度适当增加，颗粒与床料混合更充分；热态气化工况中，在隔绝外部蒸汽的条件下，硫化气体体积流量的增加有利于颗粒与载氧体的接触，从而降低了焦炭产量，但缩短了挥发物的停留时间，三相产物中大分子焦油产量上升，合成气有效组分相应下降。