突擴結(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,隨著我國大部分陸上油田已進入開發(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)中油水兩相流普遍存在。由此,探究突擴管內(nèi)兩相流流動特性的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)突擴管以后的流動穩(wěn)定性以及壓降變化也十分關(guān)鍵。本文基于流體力學(xué)基本原理和流體運動基本控制方程,結(jié)合相關(guān)的油水兩相流理論知識,運用CFD軟件FLUENT對油-水兩相流流經(jīng)突擴段的結(jié)構(gòu)參數(shù)（突擴比、細管長度、粗管長度）以及物性參數(shù)（含水率、粘度、雷諾數(shù)）等因素進行了數(shù)值模擬。結(jié)合相分布云圖、壓力分布圖、流線圖等直觀手段發(fā)現(xiàn):邊界形狀的突變導(dǎo)致油水兩相流經(jīng)過突擴截面后會產(chǎn)生流動的分離及再附現(xiàn)象,繼而引發(fā)渦旋,不同突擴比對水平突擴流動的影響很大。當(dāng)突擴比≤2時,突擴上下肩處的回流基本對稱,流動也相對穩(wěn)定,而當(dāng)突擴比>2.5時,突擴上下肩處的流動出現(xiàn)了明顯的不對稱現(xiàn)象;不同突擴比對應(yīng)的壓力下降斜率差別較大;突擴段處細管長度和粗管長度對于流動基本沒有影響,但會對摩阻系數(shù)造成較小的影響;當(dāng)含水率較低時,兩相流流型為“油包水”型,此時流動阻力較大,壓力損失... 

【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

流經(jīng)突擴處的平面展開圖

第二章兩相流流型劃分及突擴介紹17將其化簡計算jh：最終得出修正以后的gvvhj2221優(yōu)化公式。體現(xiàn)了管內(nèi)流動的混合物在流過突擴后，管內(nèi)流動阻力的變化，它跟流動過程中流速的變化大小相等。2.4.2局部水頭損失的計算管路當(dāng)中的流體在從突擴前段流動至突擴后段的過程中，由于管路的橫截面面積突然擴大，這時存在慣性的流體在管路當(dāng)中的流動形態(tài)不會馬上發(fā)生改變，由于管路當(dāng)中流體的流速不可能跟突擴管截面面積一樣立即增大，管路當(dāng)中流體需要通過流動來調(diào)整以適應(yīng)突擴截面的改變，在發(fā)生突擴后管路當(dāng)中流體的流線變得逐漸平緩，流場將逐漸向突擴截面的管壁處延伸，此時在突擴雙肩處出現(xiàn)了回流渦漩，渦漩流動的能量，主要來自于主流束的所產(chǎn)生的切應(yīng)力。突擴上肩處的漩渦將沿著逆時針方向進行流動，突擴下肩處漩渦則沿著順時針方向進行流動，此時管路當(dāng)中流體的流動流動的能量發(fā)生了從主流束向旋渦的傳遞。在之前學(xué)者研究摩阻壓降的前提下，杜秋平等學(xué)者[48]積極探索在進行大量研究分析的基礎(chǔ)上，提出了“四點計算法”來求解突擴發(fā)生以后管路當(dāng)中的水力壓降大小，它可以簡便快速的對突擴管內(nèi)兩相流流動過程中的壓降及其水頭損失進行求解。圖2-3管路突擴的局部水頭損失的求解如上圖所示，先對其結(jié)構(gòu)進行顏色劃分，紅色線段為幾處不同的截面，截面之間存在三部分區(qū)域，中間劃斜實線的區(qū)域為主題研究目標(biāo)，管路當(dāng)中的流體在突擴前段流經(jīng)突擴截面以后流入到突擴后端，紅色線段標(biāo)記處要放四個壓力測點。不同截面處，所滿足的流體力學(xué)計算式如下：edbcaNM22（2-13）式中：

西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文261.自由流出時的邊界條件在求解模型之前倘若不清楚出口處的相關(guān)特性，則可以選擇使用outflow條件。它的一個很明顯的特點是，不需要得到出口條件。然而下面的情況例外：（1）設(shè)置為壓力進口條件時；（2）流體為可壓速流體；（3）湍流的密度發(fā)生改變時。將邊界條件設(shè)為outflow自由出流條件時，變量在出口處的梯度變?yōu)榱�，此時上游為充分發(fā)展管流段，此時可以將管路內(nèi)的流體流速和流過過程中的溫度看作不變的量。綜合比較，本文選用自由出流邊界條件作為兩相流流經(jīng)突擴結(jié)構(gòu)的邊界條件，邊界示意圖如下圖所示：圖3-2自由出流邊界示意圖[53]3.6求解算法簡介在算法求解中，最為大家普遍運用的是SIMPLE算法。另外還有SIMPLEC、PISO等關(guān)于流場的迭代算法。其中，SIMPLEC算法是對SIMPLE算法的修正，兩者之間在計算步驟上有所不同。SIMPLEC由于沒有省略掉、xnbnbua項，因而得到的壓力值P往往比較適中，此時將不再對壓力值P執(zhí)行欠松弛項處理。PISO算法是隱式算子壓力分割算法，PISO算法跟兩步式算法相比，最為直觀的區(qū)別就是再進行了一次修正，PISO算法的二次再修正不僅使得模擬結(jié)果能滿足流體的兩個連續(xù)性方程，還讓每個步長的進行收斂的速度也逐步加快。本文選用SIMPLE算法，下面將對其作以簡要介紹。SIMPLE算法以交錯網(wǎng)格為基礎(chǔ)，交錯網(wǎng)格離散不同網(wǎng)格上的速度跟壓力，此時一些參量在正常的網(wǎng)格節(jié)點上進行存儲及運算，另外一些經(jīng)過儲存和計算以后參量排列在后面的網(wǎng)格當(dāng)中。SIMPLE的求解算法是法通常主要用來解決實際當(dāng)中的不可壓縮的流場，它

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碩士論文
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本文編號：3251172