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油水两相水平管流动规律研究

作　者: 张丽娜
导　师: 郑云萍
学　校: 西南石油学院
专　业: 油气储运工程
关键词: 油水两相流水平圆管流型摩阻压降
分类号: TE832
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 734次
引　用: 7次
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内容摘要

油水两相混合流动是石油工业中经常遇到的现象,其流动规律研究具有重要的科学价值和广泛的工程应用价值。但是,由于油水两相流动的复杂性,其研究进程远远落后于气-液两相流的研究,已经成为多相流研究、多相混输技术、计量技术进一步研究的障碍。本文对油水两相流的流型分类、流型过渡准则和摩擦压降预测模型进行了深入、系统的研究。油水两相流既可以表现出牛顿流体性质,又可以表现出非牛顿流体性质。在以往的流型分类中,要么只对表现出牛顿流体性质的油水两相流进行分类,要么将这些性质混为一谈。本文根据油水两相流的流变学特性,对其进行重新分类,主要分为牛顿流动流体和非牛顿流动流体两大类,每一类中又根据具体的流动形态分为若干子类。准确确定油水两相流的流型,对研究油水两相流动规律有重要意义。流型判断可以采用流型图,也可以计算流型判断系数。但是,在计算技术迅速发展的今天,对油水两相流进行数值模拟时,需要知道流型转化的数学物理模型。本文深入探讨了流型之间的转变机理和过渡准则。对各流型之间的转变进行解析分析,得到分层流、分散流和环状流的流型稳定性判别式。并对分散流中的反相现象进行详细的探讨。压降计算是油水两相水平管流的另一个重要的研究课题。本文针对几种主要流型的流动形态和压降特征,建立油水分层流动、分散流动和环状流的摩擦压降预测模型,并探讨了影响摩擦压降的主要因素和影响机理。为了验证预测模型的准确性,编写油水两相流计算程序,选用国内外已公开发表的可用实验数据对建立的模型进行验证,验证结果与实验测量数据基本吻合。

全文目录

1 绪论  8-19
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 研究目的与意义  9-11
  1.3 国内外研究现状  11-17
    1.3.1 油水两相流发展简史  11-12
    1.3.2 油水两相流的流型及转变机理研究  12-14
    1.3.3 管材对油水两相流流动特性的影响  14-15
    1.3.4 油水两相流压力梯度预测模型  15-17
  1.4 研究的主要内容及成果  17
  1.5 本文的主要创新点  17-19
2 水平管内油水两相流动的基本参数和基本方程  19-34
  2.1 油水两相流的基本参数  19-24
    2.1.1 质量流量、质量流速和质量相含率  19-20
    2.1.2 体积流量、体积流速和体积相含率  20-21
    2.1.3 两相混合流速和各相真实流速  21-22
    2.1.4 截面相含率  22
    2.1.5 滑动比和滑移速度  22
    2.1.6 漂移速度和漂移流密度  22-23
    2.1.7 两相混合物的密度  23-24
  2.2 水平管内油水两相流动的基本方程  24-34
    2.2.1 油水分层流动模型基本方程  25-27
    2.2.2 油水分散流动模型基本方程  27
    2.2.3 双流体模型基本方程  27-30
    2.2.4 漂移模型基本方程  30-34
3 水平管内油水两相流的流型划分和流型图  34-55
  3.1 概述  34-35
  3.2 流型的测量方法  35-38
    3.2.1 直接测量法  35-37
    3.2.2 间接测量法  37-38
  3.3 流型的辨识与划分  38-45
    3.3.1 一种新的流型分类方法  38-39
    3.3.2 牛顿流体流动  39-43
    3.3.3 非牛顿流体流动  43-44
    3.3.4 牛顿流体性质的流型分类系数  44
    3.3.5 牛顿-非牛顿流体流型分类系数  44-45
  3.4 流型图  45-49
    3.4.1 Trallero流型图  45-46
    3.4.2 N(a|¨)dler&Mewes流型图  46-47
    3.4.3 陈杰流型图  47-48
    3.4.4 吴铁军流型图  48-49
    3.4.5 几种流型图的差异分析  49
  3.5 流型研究展望  49-55
4 油水两相流流型转变机理及流型过渡准则  55-79
  4.1 概述  55-56
  4.2 分层/分散流动的转变机理及分层流稳定性判定准则  56-66
    4.2.1 分层/分散流的转变机理  56
    4.2.2 油水两相分层流动稳态时的基本方程  56-60
    4.2.3 界面波的稳定性准则  60-64
    4.2.4 结构稳定性的判断准则  64-66
  4.3 分散流动的稳定性判据  66-69
    4.3.1 分散流稳定性的预测基础  66-67
    4.3.2 分散流稳定性判别式  67-69
  4.4 环状流转变边界  69-73
    4.4.1 物理现象描述  69-70
    4.4.2 环状流的基本方程  70-71
    4.4.3 环状流稳定性判别式  71-73
  4.5 反相  73-79
    4.5.1 反相发生的范围  73-74
    4.5.2 反相预测模型  74-77
    4.5.3 影响反相的主要因素  77-79
5 油水两相水平管流摩擦压降分析  79-89
  5.1 概述  79-80
  5.2 分层流动的摩擦压降模型  80-82
    5.2.1 基本方程  80-81
    5.2.2 剪切应力和摩擦压降计算  81-82
  5.3 分散流动的摩擦压降模型  82-84
    5.3.1 有效粘度  82-83
    5.3.2 均相模型的摩擦压降计算  83-84
    5.3.3 其他混合流动流型的摩擦压降  84
  5.4 环形流动的摩擦压降模型  84-86
    5.4.1 环散流流型的摩擦压降  84-85
    5.4.2 环核流流型的摩擦压降  85-86
  5.5 油水两相水平管流摩擦压降的影响因素分析  86-89
    5.5.1 液体流速与含水率的影响  86-87
    5.5.2 管材的影响  87-89
6 程序编制与计算  89-101
  6.1 计算程序的编制  89-92
    6.1.1 计算程序的运行环境与说明  89
    6.1.2 计算程序能够实现的功能  89-90
    6.1.3 程序运行界面  90-92
  6.2 模型验证  92-101
    6.2.1 流型分类系数计算  92-94
    6.2.2 流型判断及结果分析  94-99
    6.2.3 压降计算及结果分析  99-101
7 全文结论及建议  101-104
  7.1 全文结论  101-102
  7.2 今后研究的方向和建议  102-104
致谢  104-105
参考文献  105-109

油水两相水平管流动规律研究

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