水平圆管突扩段油水两相流流场及局部阻力数值模拟

发布时间：2020-04-18 00:35

【摘要】：突扩结构在能源动力、化工、环保等领域有着广泛的应用,随着大部分陆上油田已进入开发中后期,注水开发使得地面集输系统和长距离管网中油水两相流非常典型。由此,探究不同含油率、粘度油水两相流的混输流型、压降特性等问题对于合理选择油品输送方式、泵送效率等倍受重视,两相流流经突扩管的流动稳定性和局部阻力研究也至为关键。本文基于流体力学基本原理和流体运动基本控制方程,结合相关的油水两相流理论知识,运用CFD软件FLUENT对白油-水和润滑油-水两相流流经水平圆管突扩段的流动形态及局部阻力系数就不同突扩比E、粘度、入口混合速度、Re数、相含率几种因素进行了数值模拟。结合相分布云图、速度矢量图、流线图等直观手段发现:边界形状的突变导致经过突扩截面后会产生流动的分离及再附现象,继而引发涡旋,在突扩上肩漩涡流动为逆时针方向,下肩为顺时针流动;高Re数下,白油、润滑油两相流流场的对称性及壁面润湿性存在差异;随入口混合流速增加,回流区的长度、流速充分发展的长度均有变长,漩涡空间也相应增大;突扩比增加,突扩后的漩涡区长度和空间也在变大,甚至会出现主涡系和边界处的多个反向小涡,流速核心的影响长度也不断延长。流经突扩压力变化仍与两相混合密度成正相关;随着入口混合流速的升高,流经突扩的压力变化幅度越大,压升变高越显著;两相流突扩系数大小与油品粘度大小、含油率、流动类型无关,与雷诺数也没有明确的变化关系,但突扩局部阻力系数随着突扩比增大而增大。另外,传统的“包达法”误差较大,本文修正提出的“三等分法”与实验数据的误差值最小。本文的研究结果对认识稠油集输管网中突扩两相流流动特性、减少管线内腐蚀、优化管道结构、以及减少能量损耗等实际问题都非常关键,进而可以保障安全生产,实现过程优化,提高实际油品输送效率提供理论支撑。
【图文】：

- +=0 wwiizpwA τ pτp～4)中：A、Ao、Aw分别为管道、油相和水相的截面积； p / 分别为油相、水相与管壁的接触边界长度，pi为油水两相间的别为油相、水相的入口速度；Uso、Usw为油相、水相折算速相、油相与管壁之间的切应力，τi为两相的相间切应力。层流模型APURI D[49]通过研究油水两相分离流中水层高度提出了油-混理模型，但对管道横截面中间的混合液层单纯作为均质的乳化清晰的处理方法。

图 2-2 油水两相流四层分离模型示意[50]图 2-2 所示，，四层分离模型管截面自上而下分别为油层、油包水层水层，各层间切应力如示意图所示。双分散流模型yawardenas[51]等人将四层分离流模型简化为只包含水包油层、油包模型。即将纯水层和水包油层同视为水包油层,纯油层和油包水层同。分散模型应用边界质模型、两层分离模型、三层分离模型都有各自的使用范围，即使型也不是万能模型[11]。各推荐应用边界如下表 2-1。表 2-1 各分离模型应用边界[11]模型 适用条件 流动特性质模型mV ＞2.8 m/s 时均匀分散流型(O/W 分散流型或 W/O 分散
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE31

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本文编号：2631501