弯曲扩散管特性与阻力系数的数值计算

扩散管是化工流程系统中的重要管件,其水力损失对整个管道设计有重要影响。通过FLUENT软件对扩散管不同截面上速度的计算值与实验值对比、扩散管内部主流速度分布对比以及不同雷诺数条件阻力系数的计算表明,数值计算结果与实验值有一定的一致性。沿程阻力系数和局部阻力系数都与雷诺数有关,并随着雷诺数的减小而增加。弯曲扩散管的扩压能力随雷诺数的减小而降低,水力损失随雷诺数减小而升高。     

含扭曲片乙烯裂解炉管内流场的数值模拟

 基于网格生成法，采用计算流体力学对含扭曲片的乙烯裂解炉管内强化传热的流场(流速、压降和阻力损失)进行了数值模拟，并分析了扭曲片扭曲比对流场的影响。结果表明流体流经扭曲片，切向速度迅速增大；流出构件后，切向流速沿轴向逐渐变小，而沿径向逐渐增大。在管径方向存在一个轴向速度等于整个截面平均轴向速度的点。管内总压降及扭曲片局部压降均随雷诺数增大而增大，不随管径变化而变化。管内平均阻力系数与雷诺数呈线性关系，随雷诺数增大而变小；扭曲片局部阻力损失随雷诺数的增大而迅速增大，随管径减小而增加。扭曲比对管内流场有影响，较佳的取值范围为2.4~2.6。     

基于LBM方法的石油筛管双梯形缝流动研究

双梯形缝隙结构与传统的缝隙结构相比具有更大的流通容积,并且与同样流通容积的矩形缝隙和梯形缝隙相比流动阻力更小,可进一步提高采油效率。利用格子boltzmann方法对双梯形缝隙内的流场进行研究,采用D2Q9离散速度模型,并采用具有二阶精度的Guo格式处理边界的分布函数,将边界节点的分布函数分为平衡态和非平衡态。结果表明,扩散角度越大,涡旋脱离越明显,并且越大的扩散角,脱离涡旋的尺度越小;随着筛管径向长度的增大,速度均值整体上呈减小的趋势;转折处宽度越大,速度均值越小,总体压力均值越小。     

平行裂缝中单相流动模式研究

在基岩渗透率较低的缝洞型碳酸盐岩油藏中,裂缝渗透率对流体流动起着非常重要的作用.采用实验方法研究了平行裂缝中单相流体的流动特点.裂缝模型由大理石和不锈钢垫片组装而成,裂缝张开度由垫片厚度决定.单相流体在平行裂缝中流动可分为线性和非线性流动区域.用阻力系数和雷诺数分析实验数据发现,在线性流动区域内,阻力系数随雷诺数的增加而减小;而在非线性流动区域内,阻力系数不随雷诺数变化.根据实验结果,建立了平行裂缝中的流动模式,并确定了流动模式之间的转换条件.     

平面有结节和无结节网目试验及水阻力系数的选择

通过物理模型试验,分析比较了无结节和有结节网衣的水阻力系数在不同状态下随雷诺数、倾角、布置状态的变化特性。利用网衣沉子的组合试验比较了现有水阻力系数各公式的差异性,并通过对现有公式的修正获得了与试验结果相吻合的水阻力系数经验公式,为深水网箱等渔具在水动力计算时的阻力系数选择提供了依据。     

多相除砂分离器结构的模拟筛选研究

研究多相除砂器的分离机理和数值模拟方法 ,对于完善和拓展多相分离理论具有重要的理论价值。通过对大量多相分离器结构和流动参数的数值模拟得出结论 :在多相分离器的结构参数中 (未考虑入口面积 ) ,对分离效果影响最大的是锥段的半锥角 ,其次为底流口直径。在计算流量范围内 ,入口流量越大 ,分离效率越高 ;随气液比增大 ,压降急剧下降 ,气液比大于 2 0时 ,压降变化趋于平缓。     

焦化塔顶油气分离用旋风分离器分离性能实验研究

为了研究颗粒入口数量对旋风分离器分离性能的影响,以延迟焦化工艺的焦化塔顶油气除焦为背景,在一套旋风分离器冷模实验装置上,研究了不同焦粉颗粒入口质量浓度和入口体积流量对单切、双切2种旋风分离器总分离效率、粒级效率和压降的影响。实验结果表明,2种旋风分离器的总分离效率均随入口质量浓度的增大而升高,随入口体积流量的增大先升高后降低;2种旋风分离器粒级效率均随颗粒粒径的增大先降低后升高;2种旋风分离器的压降均随入口体积流量的增大而升高,但随入口质量浓度的增大而降低。当入口体积流量为85 m³/h、入口质量浓度为30 g/m³时,单切旋风分离器最佳总分离效率在98.89%,压降为710 Pa,临界粒径为6μm;入口体积流量为95 m³/h、入口质量浓度为24 g/m³时,双切旋风分离器最佳总分离效率在99.16%,压降为1 110 Pa,临界粒径为3μm。     

高温熔盐在螺旋槽管内流动与传热的数值模拟

利用Fluent软件对高温三元熔盐在4种不同槽深螺旋槽管内流动传热进行了三维模拟,揭示了高温熔盐在螺旋槽管内强化传热的机理,分析了槽深、雷诺数Re对螺旋槽管传热性能的影响,并进一步对阻力性能进行研究。采用有限容积法对连续性方程、动量方程和能量方程进行离散,采用标准κ-ε湍流模型,用Simple算法求解压力和速度耦合关系。研究结果表明,螺旋槽管3的管内传热努塞尔数Nu模拟值与试验值随Re的变化趋势一致,最大误差为13.5%,且试验值均比模拟值大;在相同的Re下,管内Nu和阻力系数f随着槽深的增加而增加,传热强化效果越好,阻力损失也越大。     

压缩空气泡沫管路输送的模拟计算

采用Fluent软件,选用Spalart-Allmaras模型模拟不同气液比下压缩空气A类泡沫在管路中的流动,对不同气液比下压缩空气泡沫的黏度和阻力损失进行研究。实验结果表明,采用Rabinowitsch-Mooney方程计算泡沫在较高流速下的剪切速率,再得出不同流量下泡沫的黏度,与模拟所得泡沫黏度吻合较好;数值模拟阻力损失与文献实验值的相对误差在10%以内;利用达西公式得到沿程阻力系数与广义雷诺数的关系,并得到了不同流量下泡沫运输管路出口处的压力。     

滴形管束换热及流阻特性的实验研究

对空气横掠叉排滴形管束的放热及流阻特性进行了实验研究。讨论了排列方式对管束平均放热及阻力系数的影响以及平均换热系数随流动方向管排数而变化的规律。给出了计算平均换热系数及阻力系数的实验关联式。在传热实验中，采用了热质比拟原理及萘升华技术。实验的雷诺数范围为１００００～１２００００。实验结果表明，滴形管束和圆管管束相比具有强化传热及节约能源的双重优点。     

涡轮钻具花键轴流道水力损失分析及尺寸优选

为确定涡轮钻具花键轴上过流槽安装位置、形状、倾斜角度、长度和宽度等的最佳组合,利用CFD软件模拟花键轴流道的流场,根据模拟结果用伯努利方程计算水力损失和局部阻力系数,并对过流槽倾斜角度和断面面积与局部阻力系数之间的关系用Polynomial五次曲线模型和Logistic曲线模型进行非线性回归分析。分析结果认为,随着倾斜角度的不断增大,花键轴内流体的能量损失及局部阻力系数先减小后增大;在不同流量下,随着横断面面积的增大,花键轴进出口压降随之减小,但当横断面面积增大到一定程度后,其对能量损失和局部阻力系数的影响不大。     

考虑液滴变形和流动条件的气井连续携液预测新方法

Turner模型和李闽模型是国内外气田现场应用广泛的临界携液流量模型,二者均没有考虑流动条件对携液气量的影响,将曳力系数取为常数,而高度湍流区雷诺数的变化对曳力系数影响较大,从而使模型的计算结果与现场实际数据吻合度较低。基于这一问题,考虑液滴变形对携液气量的影响,并引入GP模型计算高度湍流区液滴的曳力系数,建立了基于高度湍流条件下的气井临界携液流量模型。新模型提出了一种简化的液滴变形参数计算方法,并考虑了高度湍流区曳力系数随雷诺数的变化。将新模型与Turner模型、李闽模型进行对比和验证,结果表明,新模型的预测结果与气井实际数据吻合最好,可以准确预测高度湍流条件下气井临界携液流量,对于气井的合理配产具有指导作用。     

高气液比气井管流压降计算实用方法

阻力系数法是气井两相流压降计算模型中最简单实用的一种方法,然而传统的阻力系数图版多是针对油井条件提出的,仅适用于较低的气液比范围,而且多数图版坐标为英制单位量纲,使用不便。为此,以四川盆地南部和鄂尔多斯盆地66口气液比范围在480～344 360 m³/m³的气井数据为基础,绘制出了适用于高气液比气井的无因次阻力系数图版。首先,基于多相流压力梯度方程,采用无滑脱持液率,根据现场测压数据反算各测点的阻力系数;随后,引入无因次两相雷诺数,绘制阻力系数与两相雷诺数关系图,其中两相雷诺数是关于气、液雷诺数和气液质量比的函数;最后,对上述关系图中的两相雷诺数进行多次回归试算,并将其修正为包含３个修正系数的函数,从而得到了具有较佳拟合关系的新阻力系数图版。利用公开文献的50口气井压降测试数据进行评价,结果表明,该阻力系数法的流压平均相对误差仅为2.48%,流压平均绝对误差仅为5.37%,满足了工程需要。     

双通路偏心分注技术适应性改进与试验

针对大港油田常规偏心分注二级三段及其上部无法验封问题,引入双通路偏心分注技术,并在现场先导试验的基础上,进行针对性改进和扩大试验。设计了双通路偏心配水器液压制动机构,实现了双通路配水器免投捞;改进进水口下沿倾角、加宽进水口和防砂帽进水槽、增加过流孔、改进堵塞器投头和扶正体导入角、装导流片等,使改进后的双通路偏心配水器集防砂、防卡功能于一体,不仅结构合理,而且提高了工艺适应性,减少了投捞测配工作量。     

离心泵输油粘度换算图的数学表达式

离心泵输送粘度大于水的石油产品或其它流体时，一般用输送水时的性能参数换算确定泵输送粘性流体时的性能。目前常采用前苏联国家石油机械研究设计院和美国水力学会的粘度换算图计算。根据两图各自采用的修正雷诺数，用修正雷诺数的常用对数作为自变量，把各换算系数看作雷诺数的函数，采用数理统计和回归方法做了公式化处理，，将换算系数拟合成与各修正雷诺数的数学表达式。两计算实例表明，该数学表达式计算的结果与查图的结果具有很好的一致性，可取代粘度换算图，满足计算机编程的需要，也可用于输油离心泵的选择和设计计算。     

低速非达西流临界雷诺数实验研究

在束缚水饱和度下油驱油和残余油饱和度下水驱水的实验基础上,运用前人的低渗透油藏低速非达西判定方法,得到了束缚水饱和度下油驱和残余油饱和度下水驱低速非达西的临界雷诺数。研究表明,束缚水饱和度下油驱和残余油饱和度下水驱低速非达西的临界雷诺数不同,也就是说,驱替与被驱替介质不同,产生低速非达西的临界雷诺数不一样。分析了产生这一现象的原因,并通过实例给出了应用临界雷诺数计算出现低速非达西的临界渗流速度。     

连续重整催化剂固定床内气体径向扩散规律的研究

在直径约为φ816mm的固定床中填充国产3861催化剂担体,以氢气为示踪气体,采用稳态有限源示踪技术,测定了不同操作气速下床层内部不同截面上示踪气体的浓度分布实验数据,通过求解固定床二维扩散模型,获得了不同操作气速下的径向扩散系数。结果表明,在本文的实验条件范围内,轴向扩散系数值对径向扩散系数的计算结果影响不大。随着Re数增加,径向扩散系数逐渐增大,表明操作气速是影响气体在固定床内扩散行为的主要因素。Rer与Re的关系可用准数关联式表示为：Per=2.7476InRe-5．3161。     

管道顺序输送高差混油研究

成品油管道线路起伏时相邻油品的密度差和粘度差是影响混油形成的重要因素.分析了两者对混油过程的影响,推导出了与混油区的物质分布相关的轴向有效分散系数,提出了管道顺序输送高差混油模型.湍流时,粘度对流速断面形成的影响在油流核心不明显,主要是密度差别导致流速断面变化而影响有效分散系数,因此,可忽略混油区粘度的变化.在此基础上简化模型,推导出了高差混油浓度分布的基本方程.通过算例对雷诺数、管长和倾角等影响混油的因素进行了分析.结果表明,倾角对混油的影响程度随着输送距离的增长和雷诺数的提高逐渐减小,特别是在高于临界雷诺数的高度湍流和长距离输送时,倾角对混油的影响程度相当小.     

页岩气扩散实验与数学模型

在地层条件下,页岩气流动状态受多尺度效应影响,包含黏性流、扩散流以及滑脱流等,气体的产出是多种机制协同作用的结果,前人提出的扩散模型已不能准确地描述页岩气在基质中的扩散行为。为了定量表征页岩气扩散能力的影响因素,揭示气井在全生命周期开发过程中的流动规律以及对产能的影响,利用自主研发的高温高压近平衡态实验系统,开展了页岩气在0~1 MPa微压差条件下的流动实验,并提出一种综合考虑渗透率、温度与压力的扩散系数计算方法,成功地运用于川南地区五峰组-龙马溪组页岩中,指出该地区优质储层扩散产量成为主控因素时临界开发压力为4.5 MPa,对于页岩气井产能评价以及扩散能力的表征有重要的意义。通过实验结果与理论分析表明,扩散在高温、低渗、低压力条件下会有更高的分配系数,考虑了基质渗流能力的扩散系数模型能更好地运用在实际流动中,忽略扩散的影响将对产能计算带来较大误差。