利用能量耗散率计算管流的平均剪切率

含蜡原油的流变性与其所经历的剪切历史有关.以往用截面平均剪切率或湍流时的管壁剪切率衡量流体管流的剪切历史,有不当之处.根据能量耗散率与剪切率的关系,提出了按流体的体积平均能量耗散率计算流体平均剪切率的方法,即可根据流体的密度、平均流速、管道直径、流动的摩擦因子或摩阻压降以及流变参数计算牛顿流体和幂律流体管流的平均剪切率.对于湍流,按本方法计算的平均剪切率能合理地度量流体的平均剪切历史.在原油管道正常运行的雷诺数范围内,按截面平均方法计算的湍流剪切率比按体积平均能量耗散率计算的结果约偏低20%～40%.     

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本文研究了适合带渗透性井壁的偏心环空非牛顿流体二维运动微分方程式。提出了牛顿流体与宾汉流体在该偏心环空中流动的流场解析解及幂律流体流场的数值解。文中还导出了计算牛顿流体与宾汉流体在实际井眼内流动的压降与流量计算公式。     

管流液体的有效剪切速率

管流液体的有效剪切速率应是宏观表征摩擦特性的参数,层流和紊流光滑区管流有效剪切速率数值上等于管壁剪切速率。通过分析管内流体受力与沿程摩阻之间的关系,对牛顿流体和假塑性流体,给出了稳定流动条件下不同流态时管流有效剪切速率的一般计算公式,可用于计算工业管道中的有效剪切强度。     

随钻测量钻井液脉冲传输理论中幂律流体水击方程的建立

针对随钻测量（MWD）系统中钻井液脉冲信号传输方式存在的问题,依据流体力学原理,深入开展了MWD信号传输系统非牛顿流体水击问题基础理论研究。提出了一种线性化处理方法和幂律流体微分黏度近似表达式,建立了幂律流体瞬变流扰动量的变系数线性动量平衡方程,在此基础上建立了幂律流体水击方程。幂律流体瞬变流不仅取决于流体性质,而且还取决于其稳定流流动状态;方程中的变系数揭示了牛顿流体瞬变流与非牛顿流体瞬变流的主要区别。该方程的理论创新之处在于,一是考虑了非牛顿流体的影响,二是没有采用Darcy-Weisbach经验系数计算,而是进行了严格的解析解。     

搅拌槽内三维流场的CFX5数值模拟

在CFX5软件平台上 ,采用旋转坐标系和k ε双方程湍流模型模拟某实际工业搅拌槽内的流体流动状态。对计算结果的分析以及与实际性能的对比表明 ,CFX5计算结果能够提供搅拌槽内流体流动相当准确的数学描述。CFX5能为搅拌槽及其同类设备的新品研发、工业放大以及已有产品的优化改造提供方便快捷、功能强大的数学工具。     

动子与定子搅拌器流场数值模拟

使用FLUENT软件提供的滑移网格方法、层流模型和标准壁面函数方法数值模拟了装有动子与定子搅拌器的间歇式搅拌槽内部三维非定常流动,得到了搅拌器的功率、泵送流量、速度和剪切速率分布等特性。结果表明,搅拌器功率随转速增加呈线性增长的数值模拟结果与文献报道一致,模拟具有一定的准确性和可信度;槽内速度与剪切速率对称分布;动子与定子间隙内速度梯度大,形成最大剪切速率区;搅拌器功率随流体粘度增加而增加,泵送流量和最大剪切速率随流体粘度增加而减小。     

利用搅拌器测量油水混合体系的流变性

使用搅拌器测量油水乳状液的流变性 ,它的主要优点是在搅拌油水体系的同时测量乳状液的流变性 ,适用于测量现场乳状液的流变性 ,操作方便 ,并能消除测量W /O乳状液常发生的壁面滑移。由牛顿流体的搅拌功率准数与雷诺准数的关系可推出M =AμN ,利用机油在层流下标定力矩常数A ,根据Metzner假设 ,搅拌槽内的平均剪切速率与转速成正比 ,即γa=kSN ,据此采用含水率 40 %～ 6 0 %的W /O乳状液标定kS。这样由 μa=M /AN及γa=kSN可测得流体的流变性。经试验验证这种方法的测量误差小于 10 % ,满足工程技术要求     

钻井液流动稳定性判别新方法

在钻井，固井作业中工作液基本都符合非牛顿流体的本构模型。因而研究非牛顿流体的稳定性判别方法对于科学设计钻井，固井等水力参数。避免在作业中出现不希望出现的流态具有重要意义。在全面分析了现有流体稳定性判别方法基础上，提出了应用圆管和环空断面平均剪切率与平均剪切力而得断面平均视粘度的方法，应用该方法建立了一种新的判别非牛顿流体稳定性的方法。利用文献中的实验数据对非牛顿流体稳定性判别新方法的验证结果表明，该方法符合流体流动本质，并且与雷诺数定义的本义相符，比普通方法相对误差小，岢以用于钻井水力参数设计施工。     

井内波动压力

管柱(钻柱、套管和油管等)在充满流体的井内运动,会产生波动压力,这个附加压力会影响井内压力系统的平衡关系。本文介绍了稳态波动压力计算方法的要点,并指出其粘附系数K值计算曲线所存在的问题。这是因为常用的钻井液多为幂律流体和宾汉流体,而原作者用牛顿流体的K值曲线计算井内波动压力,显然不符合井内实际情况。在分析波动压力机理的基础上,本文推导出适合井内幂律流体和塑性流体K值的计算公式。稳态波动压力计算方法,由于未考虑流体的压缩性和流道的膨胀性等具体井内条件,故只适用于浅井。1977年以来,美国AMOCO公司的研究人员,以弹性-可压缩流体理论为基础提出了瞬态波动压力计算方法,由于所考虑的条件更符合井内实际情况,所以更具有普遍性和准确性。     

涡轮搅拌桨混合时间数值计算

混合时间是表征搅拌槽内流体混合状况的重要参数之一。利用CFD方法计算了单层涡轮搅拌槽内流体混合过程的流动场和浓度场,研究了物料在搅拌槽内的混合过程以及不同监测点位置对混合时间的影响。结果表明,拌槽内物料的混合主要受槽内流体流动形式所影响,混合时间的长短与监测点位置有关,在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。     

搅拌测量法测定油水混合液流动特性

对于非均匀混合(乳化)、不稳定的油水两相体系,传统的黏度计无法测量其黏度。通过搅拌可以维持油水两相的均匀混合状态,并且搅拌轴的扭矩反映了流体的当量黏度。基于这一原理,建立了搅拌测量油水混合液流动性的方法,包括搅拌桨叶类型的选择、根据搅拌轴扭矩确定一定搅拌转速下的黏度、根据搅拌转速及流体黏度确定搅拌槽的平均剪切率。针对单相原油和油水混合液,将该方法的测量结果分别与同轴圆筒黏度计和试验环道的测试结果进行了对比,验证了其可靠性。应用该方法,对高含水油水混合液在不同温度和含水率条件下的流动性进行了测量,结果具有良好的规律性。     

搅拌釜搅拌桨-稳定器结构的参数优化

采用带稳定器的搅拌桨实验装置及正交实验方法 ,分析和确定了釜内各因素对流体水平力的影响大小 ;经回归分析 ,找出了轴挠度与影响挠度的因素之间的关系式。由实测轴挠度的正交实验结果可知 :( 1)搅拌桨加装稳定器后 ,稳定器产生阻尼 ,能减小搅拌轴轴端挠度 ,抵消釜内流体部分水平力 ,起到稳定作用 ;( 2 )搅拌釜内的流体水平力可用搅拌轴挠度表示 ,设计搅拌釜时不必测量和计算水平力的大小 ,只须按回归公式计算轴下端的挠度 ,控制此挠度满足我国现行有关标准、规定和规范即可。挠度回归公式把不易测定的水平力问题转化为能较方便测定的挠度问题 ,为今后搅拌釜搅拌轴的便捷设计提供了理论依据     

新型自旋导流表面曝气反应器性能的研究

应用多层桨自旋导流技术 ,设计了一种新型自旋导流表面曝气反应器。在内径为 15 4mm、液位高度 2 35mm的搅拌槽中 ,测定了自旋导流表面曝气系统的混合时间、搅拌功率和气液传质性能 ,并与Rushton桨与 4 5°上推斜叶透平桨组成的Rushton桨表面曝气系统进行比较。结果表明 ,自旋导流装置能有效改善上层桨和下层桨间流场的耦合 ,提高搅拌桨的操作效率 ,促进反应器内的分散和循环。与Rushton桨表面曝气系统相比较 ,在相同搅拌转速条件下 ,自旋导流表面曝气系统的混合时间更短 ,搅拌功率小 ;在相同功耗条件下 ,自旋导流表面曝气系统的气液传质性能优于Rushton桨表面曝气系统。     

基于CFD的中心龙卷流型搅拌槽数值分析

中心龙卷流型搅拌槽是一种新型高效节能的搅拌设备,搅拌混合性能优良。运用CFD方法,对其内部流场进行数值模拟,分析比较了3种结构的导流板对槽内流体流动状况的影响,计算了搅拌功率准数并与已有研究成果进行了比较。计算结果表明:①中心龙卷流型搅拌槽的功率准数较小,节能效果显著。②导流板结构不同,对流场会产生比较大的影响。③导流板Ⅲ可在槽中心形成较为理想的中心龙卷流,有利于固体颗粒的悬浮。     

直叶涡轮及斜四叶桨搅拌槽层流流场的数值分析

采用计算流体力学(CFD)的方法,对直叶圆盘涡轮桨（Rushton）和斜四叶桨（PBT）搅拌槽流场进行研究。利用Laminar层流模型对其在甘油中产生的流场进行数值计算,得到四种形式的搅拌桨以恒定转速200 r/min在搅拌槽内转动时所产生的流场结构,对比分析轴向、径向和切向的速度矢量图、速度云图以及速度分布曲线,比较所需的搅拌功率。结果表明,Rushton桨的搅拌效果优于PBT斜四叶桨,但能量损耗较高;不同倾角的斜四叶桨具有类似的流动特性。     

中心龙卷流型搅拌槽流动特性的CFD研究

运用计算流体动力学(CFD)方法,对中心龙卷流型搅拌槽内部流场进行数值模拟,并且和标准搅拌槽进行了分析比较。结果表明:和标准搅拌槽相比,中心龙卷流型搅拌槽的功率准数较小,节能效果显著。流体流经导流板,可以获得较大的轴向速度,在槽中心可以形成理想的中心龙卷流,从而有利于固体颗粒的悬浮。     

加高型中心龙卷流型搅拌槽液体搅拌性能研究

对加高型中心龙卷流型搅拌槽液体混合性能进行了实验研究。实验设备最大高径比为4／1,采用3种槽径、3种大小不同的挡板、两种桨叶形式。实验表明,加高型中心龙卷流型搅拌槽具有稳定的正常工作区,且在正常工作区内,功率准数与矮型中心龙卷流型搅拌槽相比无明显增大,与标准四挡板搅拌槽相比功率准数低,功率消耗少,具有节能降耗的作用。     

一类驱油剂在油藏孔隙中的流变与流动特性

化学驱中的驱油剂、原油及其混合物是一类在组成结构和性质上均十分复杂的流体,这些流体在油藏中的流变性和流动特性是影响驱油效率的主要因素。介绍了化学驱中几种复杂流体力学问题及其研究成果。就其流变性而言,聚合物溶液和碱-表面活性剂-聚合物(ASP)复合体系均属粘弹性流体,但在中等剪切速率的简单剪切流动条件下,其流变性可用幂律模式描述。在驱油过程中,驱油剂的稠度系数沿渗流方向呈指数规律减小,而幂指数则以线型规律递增。粘弹性流体在结构复杂的油藏孔隙中流动时,产生的二次流利于驱替孔隙盲端和喉道中的残余油。还探讨了化学     

聚合物溶液多维定常渗流

聚合物溶液渗流时，当渗流速度超过临界速度后，其流变性由剪切变稀型转变为剪切增稠型，即表现为双害虫律指数特征。