微喉道中油水两相流的局部阻力损失研究
发布时间：2022-01-08 16:21
微米级喉道局部阻力特性可能是影响石油采收率的重要因素,也是渗流力学和多相微流体力学共同面对的问题。本文采用微流控技术在硅片上加工出微通道,其中一条为直通道（水力直径为193μm）,其它三条带有水力直径不同的微喉道（水力直径为24～45μm）,四条通道的直道部分几何尺寸完全相同,对单相水和水包油两相流体过微喉道的局部阻力特性进行了研究。研究结果表明,同一流量下喉道的水力直径越小,其局部阻力损失越大;微喉道结构的局部阻力损失是流量的截距为0的二次函数,其中一次项为摩擦阻力项,二次项为进出口效应项;预测模型曲线与实验值具有相同的趋势,数值上稍微有些偏差,表明进出口效应项的预测较为准确,摩擦阻力项有些偏差,可能的原因是表面张力、表面润湿性等微尺度效应对摩擦系数有所影响,其影响有待于进一步研究。
【文章来源】：工程热物理学报. 2019,40(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图２试验段微通道结构示意图??Ｆｉｇ．?２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ??
刘冬旭等：微喉道中油水两相流的局部阻力损失研究??１８３７??８期??２微喉道结构局部阻力损失预测模型??微喉道结构示意图及显微镜扫描结构图如图３??所示，文献［ｌｈＭ使用的经典的局部阻力损失计算??公式不再适用。??图３所示的微喉道结构的局部阻力损失由进口??段损失、喉道段损失和出口段损失三部分组成，即：??ＡＰｔｈ?＝?ＡＰｉｎ?＋?ＡＰｆ?＋?ＡＰ〇ｕｔ?（１）??／ｐ－ｔｈ?＝?（１０）??其中，／ｐ为孔道段的摩擦阻力系数，与／的计算公??式相同，为泊肃叶数，对于圆管＝?６４，而对??于矩形截面通道，仏用Ｋａｎｄｌｉｋａｒ?Ｍ提出的多项式??拟合公式进行计算。??Ｐｏ＝９６（ｌ－１．３５５３ａ＋?１．９４６７ａ２?－?１．７０１２ａ３＋??０．９５６４ａ４?－?０．２５３７ａ５）??其中，ＡＰｔｈ为喉道段总的局部阻力损失，ｋＰａ；?ＡＰｉｎ??为进口段阻力损失，ｋＰａ；?ＡＰ／为喉道段摩擦阻力损??失，ｋＰａ；?ＡＰｏｕｔ为出口段阻力损失，ｋＰａ。由局部阻??力损失通用的计算公式可以得到进口段、出口段以??及喉道段的局部阻力损失表达式。??ＡＰｉｎ?＝?＾??（２）??△Ｐｏｕｔ?＝??ｐｕ２??＝Ｓｏｕｔ??（３）??ｐｕ２??ＡＰ／＝Ｃ／＾－??⑷??其中，Ｃｉｎ、Ｃｏｕｔ和Ｃ〇ｕｔ分别为进口段、出口段??和喉道段的局部阻力损失系数；Ｐ为流动工质的密??度，ｋｇ／ｍ３；?ｗ为工质在喉道段的流速，ｍ／ｓ。参照景??思窨等１８１以及计光华等１９１书中编写的变截面锥管??局部阻力公式，对矩形截面微喉道结构分析得到了??进出口局部阻力损失系数。??卜（去）］＋Ｍ１－?（￡＞］?（５）??其中
０．００?０．０１??０．０２?０．０３?０．０４??ｇ／（ｍＬ／ｓ）??０．０５?０．０６??１００??流量的关系如图５所示，其中，图５（ａ）和图５（ｂ）中??的实验数据分别表示的是去离子水和含油率为１０％??的水包油两相流体流经３组微喉道结构时局部阻力??损失与流量的关系，图５（ｃ）中的实验数据表示的是??通道＃３上的微喉道结构在不同含油率下的局部阻??力损失与流量的关系。从实验数据可以看出，微喉??道结构的局部阻力损失与流量呈非线性关系；对于??３实验结果与分析??图４（ａ）和图４（ｂ）分别表示的是去离子水和含??油率为１０％的水包油两相流体在４条通道流动时压??差与流量的关系，从图中可以看出通道＃４的压差??与流量在不同含油率下均成很好的线性关系，而通??道＃１、＃２、＃３的压差与流董不再呈直线关系，而??是压差随流量的增大而增大的越来越快，而且对于??具有喉道的通道，其压差在同流量下比直通道压差??大得多，这表明微喉道结构的局部阻力损失占通道??总阻力损失的份额比较大。对通道＃４压差与流量??关系的实验值进行线性拟合，得到压差关于流量的??一次函数，其相关系数大于０．９９，具有较好的相关??性。４条通道的孔道部分深度和宽度均相同，且微喉??道结构的长度与通道总长度之比小于２％，所以同流??量下可以认为通道＃１、＃２、＃３的压差减去通道＃４??的压差即是前３条通道上的微喉道结构的局部阻力??损失。??Ｆｉｇ．?４??由上述方法得到的微喉道结构局部阻力损失与??０．００?０．０１?０．０２?０．０３?０．０４?０．０５?０．０６?０．０７?０．０８?０．０９?０．１０??ｅ／（ｍＬ／ｓ）?
【参考文献】：
期刊论文
[1]变截面微石英管内流动特性分析[J]. 张承武,管宁,刘志刚,梁世强. 工程热物理学报. 2008(10)
博士论文
[1]微细通道内单相和两相阻力损失特性的研究[D]. 李卓.北京工业大学 2007
本文编号：3576883
【文章来源】：工程热物理学报. 2019,40(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图２试验段微通道结构示意图??Ｆｉｇ．?２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ??
刘冬旭等：微喉道中油水两相流的局部阻力损失研究??１８３７??８期??２微喉道结构局部阻力损失预测模型??微喉道结构示意图及显微镜扫描结构图如图３??所示，文献［ｌｈＭ使用的经典的局部阻力损失计算??公式不再适用。??图３所示的微喉道结构的局部阻力损失由进口??段损失、喉道段损失和出口段损失三部分组成，即：??ＡＰｔｈ?＝?ＡＰｉｎ?＋?ＡＰｆ?＋?ＡＰ〇ｕｔ?（１）??／ｐ－ｔｈ?＝?（１０）??其中，／ｐ为孔道段的摩擦阻力系数，与／的计算公??式相同，为泊肃叶数，对于圆管＝?６４，而对??于矩形截面通道，仏用Ｋａｎｄｌｉｋａｒ?Ｍ提出的多项式??拟合公式进行计算。??Ｐｏ＝９６（ｌ－１．３５５３ａ＋?１．９４６７ａ２?－?１．７０１２ａ３＋??０．９５６４ａ４?－?０．２５３７ａ５）??其中，ＡＰｔｈ为喉道段总的局部阻力损失，ｋＰａ；?ＡＰｉｎ??为进口段阻力损失，ｋＰａ；?ＡＰ／为喉道段摩擦阻力损??失，ｋＰａ；?ＡＰｏｕｔ为出口段阻力损失，ｋＰａ。由局部阻??力损失通用的计算公式可以得到进口段、出口段以??及喉道段的局部阻力损失表达式。??ＡＰｉｎ?＝?＾??（２）??△Ｐｏｕｔ?＝??ｐｕ２??＝Ｓｏｕｔ??（３）??ｐｕ２??ＡＰ／＝Ｃ／＾－??⑷??其中，Ｃｉｎ、Ｃｏｕｔ和Ｃ〇ｕｔ分别为进口段、出口段??和喉道段的局部阻力损失系数；Ｐ为流动工质的密??度，ｋｇ／ｍ３；?ｗ为工质在喉道段的流速，ｍ／ｓ。参照景??思窨等１８１以及计光华等１９１书中编写的变截面锥管??局部阻力公式，对矩形截面微喉道结构分析得到了??进出口局部阻力损失系数。??卜（去）］＋Ｍ１－?（￡＞］?（５）??其中
０．００?０．０１??０．０２?０．０３?０．０４??ｇ／（ｍＬ／ｓ）??０．０５?０．０６??１００??流量的关系如图５所示，其中，图５（ａ）和图５（ｂ）中??的实验数据分别表示的是去离子水和含油率为１０％??的水包油两相流体流经３组微喉道结构时局部阻力??损失与流量的关系，图５（ｃ）中的实验数据表示的是??通道＃３上的微喉道结构在不同含油率下的局部阻??力损失与流量的关系。从实验数据可以看出，微喉??道结构的局部阻力损失与流量呈非线性关系；对于??３实验结果与分析??图４（ａ）和图４（ｂ）分别表示的是去离子水和含??油率为１０％的水包油两相流体在４条通道流动时压??差与流量的关系，从图中可以看出通道＃４的压差??与流量在不同含油率下均成很好的线性关系，而通??道＃１、＃２、＃３的压差与流董不再呈直线关系，而??是压差随流量的增大而增大的越来越快，而且对于??具有喉道的通道，其压差在同流量下比直通道压差??大得多，这表明微喉道结构的局部阻力损失占通道??总阻力损失的份额比较大。对通道＃４压差与流量??关系的实验值进行线性拟合，得到压差关于流量的??一次函数，其相关系数大于０．９９，具有较好的相关??性。４条通道的孔道部分深度和宽度均相同，且微喉??道结构的长度与通道总长度之比小于２％，所以同流??量下可以认为通道＃１、＃２、＃３的压差减去通道＃４??的压差即是前３条通道上的微喉道结构的局部阻力??损失。??Ｆｉｇ．?４??由上述方法得到的微喉道结构局部阻力损失与??０．００?０．０１?０．０２?０．０３?０．０４?０．０５?０．０６?０．０７?０．０８?０．０９?０．１０??ｅ／（ｍＬ／ｓ）?
【参考文献】：
期刊论文
[1]变截面微石英管内流动特性分析[J]. 张承武,管宁,刘志刚,梁世强. 工程热物理学报. 2008(10)
博士论文
[1]微细通道内单相和两相阻力损失特性的研究[D]. 李卓.北京工业大学 2007
本文编号：3576883
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