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三相流在渐变管内的流动特性研究

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:367      更新时间:2018-10-08

                                      张〓勇1,2,卢秋羽1,邢〓雷1,蒋明虎1
                                  (1.东北石油大学机械科学与工程学院,黑龙江 大庆〓163318)
                        (2.黑龙江省石油石化多相介质处理及污染防治重点实验室,黑龙江 大庆〓163318)
摘要:采用数值模拟方法,对油、水、砂三相介质在渐扩管中流动时受扩张比和雷诺数的影响进行分析,获得了管道内流场的分布规律、砂相和油相的流动特性以及压力分布规律。该研究可为采出液集输管网系统的节能设计提供技术指导。
关键词:扩张比;雷诺数;流场特性;回流
中图分类号:TE89〓文献标识码:A〓文章编号:2095-509X(2018)06-0006-03


   随着国内大部分油田进入开采的中后期, 注水开采成为目前最常用的稳产增产方法。压裂注水开采会造成采出液含水率的升高,同时容易携砂,这对井液在井筒内的运动及举升至地面后的集输都造成不小的影响。特别是在集输环节,油、水、砂三相混合介质在运移过程中随管径、压力、流速等的变化表现出的特性对集输系统的能耗及安全有着重要影响。
   本文采用混合物模型,以输油管道中的渐扩管结构为研究对象,对扩张比以及入口雷诺数对油水砂三相介质在管内的流动特性及分布影响进行数值模拟分析。

1〓模型的建立和网格划分
渐扩管结构形式及主要参数尺寸如图1所示,取L1=225mm,L2=100mm,L3=225mm,小管直径D1=50mm,大管直径D2=100mm。考虑到重力的关系会导致内部流场呈非对称关系,因此对模型进行整体模拟。以K表征扩张比,用来表示变径程度的大小,公式如下:

K=D2/D1(1)


图1〓渐扩管模型图〖HT7〗〖HT5SS〗

本文采用Meshing软件对渐扩管进行网格划分,由于结构性网格相对于非结构性网格来说,具有精度高、计算速度快、收敛性强等优点,且考虑到模型比较规则简单,所以本文直接采用六面体结构化网格对渐扩管进行网格划分。最终统计出渐扩管流体域模型的网格总数为26 000个,结果显示网格有效率达99.7%。图2为渐扩管流体域模型网格划分图。

图2〓渐扩管流体域模型网格划分

2〓仿真与分析
2.1〓边界条件研究对象
本文在数值模拟时,为了系统分析雷诺数对三相流场的影响,设置渐扩管的入口条件为速度入口,出口条件为压力出口。以大庆油田的采出液为对象,入口混合液成分主相为水,离散相为油相及砂相,设置油、水、砂的物性参数见表1。
〖HT5K〗〖STHZ〗2.2〓不同雷诺数的影响
数值模拟时首先固定渐扩管的扩张比K=3,分别对雷诺数(Re)为300,600,900,1 200时的入
口条件进行模拟分析,得出图3所示的渐扩管内轴


基金项目:黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12531075)
作者简介:张勇(1979—),男,河南商丘人,东北石油大学副教授,博士,主要从事流体机械及工程方面的研究。


文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

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