【摘要】：突擴(kuò)結(jié)構(gòu)在能源動力、化工、環(huán)保等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,隨著大部分陸上油田已進(jìn)入開發(fā)中后期,注水開發(fā)使得地面集輸系統(tǒng)和長距離管網(wǎng)中油水兩相流非常典型。由此,探究不同含油率、粘度油水兩相流的混輸流型、壓降特性等問題對于合理選擇油品輸送方式、泵送效率等倍受重視,兩相流流經(jīng)突擴(kuò)管的流動穩(wěn)定性和局部阻力研究也至為關(guān)鍵。本文基于流體力學(xué)基本原理和流體運(yùn)動基本控制方程,結(jié)合相關(guān)的油水兩相流理論知識,運(yùn)用CFD軟件FLUENT對白油-水和潤滑油-水兩相流流經(jīng)水平圓管突擴(kuò)段的流動形態(tài)及局部阻力系數(shù)就不同突擴(kuò)比E、粘度、入口混合速度、Re數(shù)、相含率幾種因素進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)合相分布云圖、速度矢量圖、流線圖等直觀手段發(fā)現(xiàn):邊界形狀的突變導(dǎo)致經(jīng)過突擴(kuò)截面后會產(chǎn)生流動的分離及再附現(xiàn)象,繼而引發(fā)渦旋,在突擴(kuò)上肩漩渦流動為逆時針方向,下肩為順時針流動;高Re數(shù)下,白油、潤滑油兩相流流場的對稱性及壁面潤濕性存在差異;隨入口混合流速增加,回流區(qū)的長度、流速充分發(fā)展的長度均有變長,漩渦空間也相應(yīng)增大;突擴(kuò)比增加,突擴(kuò)后的漩渦區(qū)長度和空間也在變大,甚至?xí)霈F(xiàn)主渦系和邊界處的多個反向小渦,流速核心的影響長度也不斷延長。流經(jīng)突擴(kuò)壓力變化仍與兩相混合密度成正相關(guān);隨著入口混合流速的升高,流經(jīng)突擴(kuò)的壓力變化幅度越大,壓升變高越顯著;兩相流突擴(kuò)系數(shù)大小與油品粘度大小、含油率、流動類型無關(guān),與雷諾數(shù)也沒有明確的變化關(guān)系,但突擴(kuò)局部阻力系數(shù)隨著突擴(kuò)比增大而增大。另外,傳統(tǒng)的“包達(dá)法”誤差較大,本文修正提出的“三等分法”與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差值最小。本文的研究結(jié)果對認(rèn)識稠油集輸管網(wǎng)中突擴(kuò)兩相流流動特性、減少管線內(nèi)腐蝕、優(yōu)化管道結(jié)構(gòu)、以及減少能量損耗等實(shí)際問題都非常關(guān)鍵,進(jìn)而可以保障安全生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化,提高實(shí)際油品輸送效率提供理論支撐。
【圖文】：

- +=0 wwiizpwA τ pτp～4)中：A、Ao、Aw分別為管道、油相和水相的截面積； p / 分別為油相、水相與管壁的接觸邊界長度，pi為油水兩相間的別為油相、水相的入口速度；Uso、Usw為油相、水相折算速相、油相與管壁之間的切應(yīng)力，τi為兩相的相間切應(yīng)力。層流模型APURI D[49]通過研究油水兩相分離流中水層高度提出了油-混理模型，但對管道橫截面中間的混合液層單純作為均質(zhì)的乳化清晰的處理方法。

圖 2-2 油水兩相流四層分離模型示意[50]圖 2-2 所示，，四層分離模型管截面自上而下分別為油層、油包水層水層，各層間切應(yīng)力如示意圖所示。雙分散流模型yawardenas[51]等人將四層分離流模型簡化為只包含水包油層、油包模型。即將純水層和水包油層同視為水包油層,純油層和油包水層同。分散模型應(yīng)用邊界質(zhì)模型、兩層分離模型、三層分離模型都有各自的使用范圍，即使型也不是萬能模型[11]。各推薦應(yīng)用邊界如下表 2-1。表 2-1 各分離模型應(yīng)用邊界[11]模型 適用條件 流動特性質(zhì)模型mV ＞2.8 m/s 時均勻分散流型(O/W 分散流型或 W/O 分散
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE31

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本文編號：2631501