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集流后水平油水两相流管内瞬态流型特性研究

作　者: 张煜
导　师: 金宁德
学　校: 天津大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 水平油水两相流流型数值模拟电导探针传感器瞬态流型特性
分类号: TQ021.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

水平油水两相流流动是在油田实际生产中普遍存在的现象,水平井集流后油水流动的流型发展、流动参数测量以及动力学特性都对水平井产液剖面测试技术有重要影响。由于集流后的水平油水两相流流动状态有着高度随机性、不稳定性以及多态性,因此,其流动过程中流动参数难于测量。本文针对集流后水平油水两相流瞬态流型发展,设计了平行弦丝电导探针传感器和环形电导探针传感器,并在天津大学多相流实验室装置上开展了流型动态实验测量,对集流后水平油水两相流瞬态流型特性取得了如下方面的研究成果:1.利用CFD软件FLUENT对集流后水平油水两相流的不同流动工况进行了二维及三维数值模拟,并与电导探针测量流型结果进行了对比,结果表明采用FLUENT软件可以对水平油水两相流的6种典型流型进行较好仿真。在此基础上,对集流后水平油水两相流瞬态流型时间与空间发展过程进行数值模拟,总结出了集流后20mm管内瞬态流型达到充分稳定发展的最佳流型时间(120秒)与管轴向空间位置(20cm)。2.采用四路平行弦丝电导探针传感器对集流后水平油水两相流瞬态流型进行了实验测量,分析了集流后管轴向空间不同位置处的电导探针传感器瞬态流型信号动态特性,进一步验证了流型达到充分稳定时管轴向空间位置数值模拟结论的正确性。3.对平行弦丝电导探针传感器及平行电导环探针传感器测量信号进行了统计分析,分别给出了由两种电导探针传感器测量得到的水平油水两相流相关测速与混合流速实验相关关系,指出了平行弦丝电导探针传感器具有更好的总流量测量特性。采用水平油水两相流电导波动信号,计算得到了反映流型动力学特性的两种复杂性测度(序列复杂性及近似熵),发现两种复杂性测度均对流型转化敏感,对进一步理解流型转化动力学机理提供了辅助分析途径。

全文目录

中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 两相流基本流动参数  10-11
  1.3 水平油水两相流流型研究现状  11-14
  1.4 油水两相流检测技术研究现状  14-18
  1.5 本课题主要研究内容及创新点  18-21
第二章集流后水平油水两相流瞬态流型数值模拟  21-61
  2.1 计算流体动力学(CFD)概述  21-22
  2.2 FLUENT 软件概述  22-23
  2.3 流体动力学控制方程  23-25
    2.3.1 质量守恒方程  23
    2.3.2 动量守恒方程  23-24
    2.3.3 能量守恒方程  24
    2.3.4 组分质量守恒方程  24-25
  2.4 两相流模型研究方法  25-29
    2.4.1 常用的离散化方法  25-26
    2.4.2 FLUENT 中的多相流模型及选择  26-27
    2.4.3 VOF 方法的数学原理  27-28
    2.4.4 湍流模型及其数学描述  28-29
  2.5 FLUENT 中模型的建立及网格划分  29-32
    2.5.1 网格的类型  29-30
    2.5.2 网格单元的分类  30
    2.5.3 生成网格的步骤  30
    2.5.4 本实验几何模型建立及网格划分  30-32
  2.6 水平油水两相流FLUENT 数值模拟参数设定  32-34
  2.7 FLUENT 瞬态数值模拟结果分析  34-52
    2.7.1 三维瞬态数值模拟  34-46
    2.7.2 二维瞬态数值模拟  46-52
  2.8 20mm 水平油水两相流数值模拟结果与实验流型对比  52-61
第三章集流后水平油水两相流瞬态流型实验测量  61-77
  3.1 实验装置与数据采集  61-62
  3.2 组合电导探针测量系统  62-64
    3.2.1 组合电导探针传感器制作工艺  62-63
    3.2.2 电导探针传感器测量电路设计  63-64
  3.3 集流后水平油水两相流的入口效应分析  64-67
  3.4 电导探针传感器测量信号统计分析  67-71
  3.5 电导探针传感器测量信号与入口含油率关系  71-76
  3.6 集流后水平油水两相流实验工况流型图  76-77
第四章集流后水平油水两相流流型动力学特性分析  77-90
  4.1 电导探针传感器总流量测量  77-84
    4.1.1 相关测量原理  77-79
    4.1.2 相关测量模型  79-84
  4.2 电导探针传感器波动信号复杂性测度分析  84-90
    4.2.1 Lempel-Ziv 复杂性  85-86
    4.2.2 近似熵  86-87
    4.2.3 复杂性测度分析  87-90
第五章结束语  90-92
  5.1 结论  90-91
  5.2 展望  91-92
参考文献  92-98
发表论文和科研情况说明  98-99
致谢  99

集流后水平油水两相流管内瞬态流型特性研究

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