水平管内气液两相螺旋流压降规律实验研究

在气液两相流实验装置上进行了流型和压降的实验。以空气和水为实验介质,对水平管内气液两相螺旋流的流型进行了研究。依次得到螺旋波状分层流、螺旋泡状流、螺旋弥散流三种典型的流型图像。并分析了流型、体积含气率、气液折算流速以及叶轮起旋参数等因素对气液两相螺旋流压降的影响。最后实验表明,流型是影响压降规律的主要因素,其他因素对压降的影响亦有影响。螺旋弥散流是压降梯度最小的流型。以上结果对今后相关的研究以及工程实际应用具有重要的指导意义。     

微柱群通道流动沸腾两相摩擦压降特性研究

为探究微柱群通道流动沸腾两相摩擦压降的影响因素,对高度和直径均为500 mm的微圆柱组成的叉排微柱群通道进行了实验研究,并借助高速摄像仪对通道内不同加热功率的气液两相流型进行了记录分析。实验中质量流速范围341~598.3 kg·m~(-2)·s~(-1),热流密度范围20~160 W·cm~(-2),工质出口干度范围0~0.2。实验结果表明,两相摩擦压降随着质量流速的增大而增大,随着热流密度的增大呈线性增长;工质进口过冷度对两相摩擦的影响随着出口干度的升高逐渐减弱。通过可视化研究发现,随着热流密度的增大,微通道内流动沸腾的流型变化依次为泡状流、环状流,环状流区两相摩擦压降明显高于泡状流区。     

正方形小通道内不同性质溶液-氮气两相流型

采用可视化手段研究了水力直径为2.5mm的正方形小通道内蔗糖-氮气、羧甲基纤维素钠(CMC)-氮气、水-氮气和水力直径为1.0mm的正方形小通道内蔗糖-氮气的垂直绝热上升流动,对其流型、压降进行了实验采集.实验中的典型流型有:弹状流、搅拌流和环状流.通过大量的数据得到了各个溶质的流型转变图和压降曲线,对各种流型的流动机理进行了分析,着重对黏弹性对于流动的影响进行了研究.通过水力直径为2.5mm的小通道内蔗糖-氮气、CMC-氮气和水-氮气流型的对比,总结了流体的黏弹性、流量对于流型转变的影响.对不同水力直径时的蔗糖-氮气流型进行对比研究,总结了流体水力直径、表面张力等因素对于流型转变的影响,同时在水力直径为1.0mm的小通道内发现了明显的二次流动现象.实验证实Chisholm方法对于非牛顿流体的压降处理已不再适用.     

流动剪切对原油乳化含水率的影响及基于焓的定量表征

油水两相的乳化特性对两相流的流型和压降规律有显著影响。流动条件下的原油乳化含水率是影响油水两相流动特性的关键。针对4种原油,通过油水两相的乳化实验,研究了搅拌转速、水相比例、温度及搅拌时间对原油乳化含水率的影响。研究发现,当水相比例低于某一临界值时,在一定搅拌转速范围内会发生完全乳化现象,当水相比例高于该临界值时,只发生部分乳化。不同原油发生完全乳化的临界水相比例不同,与原油物性相关;对于非完全乳化的情况,原油乳化含水率随搅拌转速的增大而增大,随水相比例、温度的升高而减小,随搅拌时间的增加而增大;油水两相乳化过程中消耗的能量可采用比焓进行表征,不同剪切条件下的原油乳化含水率可以与比焓进行归一化关联,并且二者符合幂律关系。     

稠油-水两相高温高压垂直管流压降规律

针对深层稠油在井筒举升过程中形成油水两相混合流体造成举升困难的问题,采用高温高压垂直管流装置,实验研究了加入乳化降黏剂前后高温(30～130℃)、高压(0.1～50 MPa)条件下不同持水率稠油水两相流体的垂直管流压降规律,发现压降损失随持水率的增加逐渐增大,在相转换点附近达到最大值,发生相转换后,随持水率增加急剧降低.流速越大,压降损失越大,但当流速增大到一定值时,由于高流速下稠油的剪切变稀特性,压降增加趋于平缓.在高温高压实验数据基础上,依据前人模型,推导并修正得出稠油水两相压降计算模型,实验数据与模型拟合度达0.97以上,绘制了不同黏度稠油在不同油水比下的举升压差关系图版,为进一步精确预测含水稠油的井筒压降规律提供了新的方法.     

国内期刊亮点

正研究揭示微通道中气体/离子液体两相流动与分散性能清华大学骆广生等研究了N2/[Bmim]BF4体系在同轴环管微通道中的流动和分散行为。实验结果表明,在不同的气相和液相流速下,N2/[Bmim]BF4体系分别呈现气泡流、气泡—气柱过渡流、气柱流和气柱—环隙流过渡流4种流型。研究人员通过考察分散相尖端尺寸和气相、液相流速对气—液体系流型的影响,作出了相应的流型图。同时通过考察气相、液相流速对稳定气—液分散流型下的气相分散尺寸的影响,揭示了分散气相行为的机理,并建立了描述气相分散尺寸的数学模型。《化工学报》[2014-01-05]     

原油含水分析仪中流态补偿的研究

目前应用的各种原油高含水分析仪测量不准确的重要因素之一是,油水混合呈复杂的流态.用实验分析方法.归纳了油水混合物在不同含水量及不同流速条件下对含水分析仪输出的影响规律,并从时域信号积累平均的角度提出了采用积分器和多点平均的措施。实践证明效果良好.     

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。     

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。     

水平井气液两相变质量流的流动规律研究

水平井井筒变质量流的流动规律是进行水平井产能预测、油井生产系统优化设计及动态分析的基础。从理论和实验两方面对水平井筒气液两相变质量流的流型判别与压降计算进行了探索性研究 ,建立了分层流、间歇流、分散泡状流和环雾流的流型判别模型以及分层流与间歇流的压降计算模型 ,并绘制了流型图。计算值与实验数据对比表明 ,分层流和间歇流模型与以空气和水为介质的实验结果具有良好的一致性 ,其压力梯度模型的计算值与实验测量值间的平均相对误差为 5 .3% ,大部分误差在 10 %以内 ,说明该计算模型有较高的精度     

射孔完井水平井筒单相流动压降的改进模型

水平井的压降计算是进行水平井产能预测、水平段长度优选及水平井完井设计优化等的理论基础,而单相流的水力计算又是进行油水两相流或油气水三相流压降预测的基础。基于水平井单相流体流动规律研究领域的重要学者Su建立的压降模型,考虑该模型预测值偏高的问题,建立了新的射孔完井水平井筒单相流动压降的改进模型。采用VB.NET对模型进行了求解,并与Su模型进行了对比。结果表明,建立的改进模型更符合实际情况,可以很方便的应用此模型进行射孔完井水平井筒的压降预测。     

悬链线立管多相流流型研究

以水和空气为介质,在不同倾角的水平段和悬链线段组合中,研究气液两相流可能出现的流型及其特点,其中流型主要通过肉眼观察结合压力波动检测的方法来进行辨别.同时针对实验范围内出现的部分流型,研究该流型下管段压力和压降随气液速度以及角度的变化规律,并对悬链线管段为段塞流和严重段塞流时管内含气率、气泡长度、气泡速度、气泡频率等参数进行测量.结果表明:试验范围内共出现9种组合流型,4种组合区域所占区域最广;气液流速的变化对管线压降有一定的影响,水平管段的角度对压降的影响远小于气液速度的影响;液速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随气速的增加而增加,气速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随液速的增加而减小.     

硼交联N_2伴注泡沫压裂液的阻力特性研究

液氮泡沫伴注压裂液的阻力性能对于有效实施压裂工艺、选择合理的压裂参数、进行更为准确的裂缝预测、评估压裂效果都至关重要.利用高参数泡沫压裂液实验回路详细研究了模拟实际压裂条件下N2泡沫压裂液的阻力特性.研究表明:N2泡沫压裂液的摩擦压降梯度随着流速的增大而增大,随着温度的升高而减小,随着压力的增大而增大;摩擦阻力系数随着流速增大而增大,随着温度的升高而减小,而其随着压力的变化特别复杂.通过实验研究得出了N2泡沫压裂液在15~45MPa范围内摩擦阻力系数和广义雷诺数之间的计算关联式,其在本文实验工况下的平均计算误差为10.2%.     

注入比对水平井筒压降影响规律的研究

采用定常湍流N—S方程，数值模拟了水平井筒湍流变质量流场，通过分析轴线压降和孔眼附近三维流线图，研究注入比对水平井筒压降的影响规律及混合压降产生的机理。结果表明，存在一个临界注入比，当注入比小于临界注入比时，射孔入流流动形式主要表现为紧贴壁面的附体流动，对主流扰动小，此时混合压降很小甚至可以忽略，总压降损失近似等于没有孔眼入流情况下的摩擦压降损失；当注入比大于临界注入比时，孔眼入流可以深入主流并在孔眼下游出现低压分离区，引起混合压降损失，该压降损失随注入比的增大而显著增大，从而导致总压降随注入比增大而急剧增加。     

压差对旋转直通式迷宫气封流场及流场力影响规律研究

基于稳态计算流体动力学（CFD）方法,研究了压差对旋转直通式迷宫气封泄漏、流场和流场力的影响。通过网格密度分析验证了稳态CFD方法满足计算精度要求,通过影响和敏感度分析给出了压差的变化对泄漏量、流场速度流线、总压强分布、流体压力和流体粘滞力的影响。研究结果表明：随着压差的增大,泄漏量、径向流体压力、轴向流体压力、总流体压力、径向流体粘滞力、轴向流体粘滞力和总流体粘滞力均增大。     

空气－水混合物横掠垂直管束流动特性的研究

对空气－水两相混合物在折流板壳管式换热器壳侧沿水平方向横掠垂直管束的截面含气率及摩擦压降进行了实验研究。试验表明，截面含气率的测量值小子均相模型的预测值，且随质量流速的增加而增大，提出了一种新的截面含气率的计算模型。试验发现，两相摩擦因子能很好地与马蒂内利参数关联，并与流型有关。     

旋风分离器压降数值分析

根据旋风分离器的结构和气流流动特点,在旋风分离器流场和浓度测定的基础上,以旋风分离器切向速度模型为基础,模拟进出口静压、动压,数值模拟结果与压力损失理论解析计算模型基本吻合,验证了旋风分离器内压降基本分布规律。     

R410A-油在Ф7mm水平直光管内流动沸腾阻力特性

研究了环保替代制冷工质R410A-润滑油混合物在水平直光管内的流动沸腾摩擦压降特性，探索了油的平均质量分数、干度和质量流率对摩擦压降的影响．实验测试管为光管，长度为2m，外径为7．0mm，内径为6．34mm．实验结果表明，R410A-油混合物在光管内流动沸腾的摩擦压降随平均油浓度、干度和质量流率的增大而增大，当油的平均质量分数从0增长到5％时，压降最大可增加50％．开发了适用于R410A-油混合物光管内的流动沸腾摩擦压降关联式，新的关联式预测值与92％以上的实验数据偏差在±15％以内，平均误差为6．6％，最大误差为29．4％．