T型管油水分离效率的正交数值试验研究

T型管广泛应用于油田的油水分离,影响其分离效率的因素较多。运用正交试验方法对T型管的管径、垂直管间距、垂直管数等三个几何参数和含油率、进口速度和分流比等三个操作参数共计6因素3水平设计了18组试验方案,并运用计算流体力学数值模拟方法对其进行了数值试验研究,结果表明:各因素对T型管分离效率的影响大小为垂直管数>垂直管间距>分流比>含油率>入口流速>管径。管径60 mm、垂直管数3、垂直管间距1000 mm、含油率40%、入口流速0.35 m/s、分流比0.4为T型管的最优结构组合,此时T型管的分离效率达到99.99%。分离效率随垂直管数、垂直管间距的增加先降低再升高,随分流比、含油率的增加先升高再降低。管径和入口速度对分离效率的影响较小,其大小可视需要而定。

果园喷雾机施药管路压降特性仿真与分析

为探究仿树形喷杆喷雾机施药管内部液流运动情况,利用SolidWorks软件设计了喷头模型,并通过压力-流量关系验证了喷头模型的准确性;绘制施药管路模型并对不同结构的竖直施药管仿真,分析了喷杆放置倾角、喷口数量、喷杆长度和喷口位置等对管路内部压力的影响效果。仿真试验数据表明:在单喷管上喷口数量较少、喷杆趋近水平放置、喷口均布于喷杆末端时,施药管内部压降小,压力稳定。利用三因素三水平的BBD试验对施药管转角处压降进行分析表明:施药管内径对转角压降的影响呈极显著相关(P<0.01),转角角度、转角半径对转角压降呈显著相关(0.01<P<0.05);当施药管内径为13.2mm、转角角度为98.6°、转角半径为101.2mm时,转角压降数值最低,为98713Pa。研究结果可为仿形喷雾机施药管结构的设计提供一定的理论依据及参考。

基于OpenFOAM对某溢洪道挑流水动力特性的两相流数值研究

挑流消能中水舌在空中段及跌落到下游水垫塘的过程中,均存在明显的气液两相流特性,为更加深入探明该过程中的水动力特性,需构建更加先进的气液两相流数值模型。运用CFD开源软件OpenFOAM构建两相流三维数值模型,通过挑流试验测得的水舌结果对该数值模型进行验证,结果表明数值模拟结果与试验结果吻合较好,同时通过数值研究发现κ-ωSST湍流模型优于κ-ε、κ-ω湍流模型。将κ-ωSST湍流模型得到的数值模拟结果与已有挑流射程经验公式进行比较,结果表明κ-ωSST湍流模型比经验公式计算结果更接近试验结果。最后,基于数值模拟结果分析射流作用下水垫塘的动水压力分布特征,发现塘底湍动能最大值位于距挑坎1.26L_(1)、1.23L_(2)、1.093L_(3)、1.001L_(4)处。最大塘底压强位于距挑坎约0.91L3处,此处也是整个计算域流速最低的流速滞点。研究结果可为挑流过程的相关研究提供参考。

排气孔参数及叶顶间隙对除气泵性能影响的研究

以一种由半开式离心主泵和内置液环真空泵组合而成的新型半开式除气泵为研究对象,探究其离心叶轮后盖板开设的排气孔的参数以及叶顶间隙对此泵除气性能的影响,由孔径d、孔的径向位置r、孔的周向位置θ、叶顶间隙δ组成四因素三水平的9组正交试验方案,通过正交试验探究出各因素的最优组合方案,得到最终的优化组合方案为d=19 mm,r=70 mm,θ=20°,δ=0.6 mm。对比设计流量下优化除气泵与初始除气泵的除气率发现,优化除气泵的除气率提高了22.82%,达到了优化除气泵性能的目的。观察优化前后除气泵内流场的变化发现,优化除气泵离心叶轮流道内的气相聚集区域更少,湍动能更小,由此可见合理地布置排气孔以及调整叶顶间隙可以改善除气泵内的气液两相分布情况与流动状态,进而提升泵的性能。

低渗透率油藏二流量试井影响因素

为解决低渗透率油藏二流量试井测试成功率低、解释误差大的问题,从低渗透率油藏二流量试井技术的测试原理和解释原理出发,结合低渗透率油藏的地质特征、生产特征,围绕现场测试、井底压力折算、地层参数计算进行重点分析;剖析低渗透率油藏二流量试井现场测试、井底压力折算、地层参数计算过程中存在的主要问题及影响因素,针对各环节存在的问题针对性地提出改进措施并在现场进行应用。现场应用结果证明改进措施能有效提高低渗透率油藏二流量试井的测试成功率和解释符合率,该技术的推广应用有助于为油田生产及措施调整提供数据支撑。

卧式双轴固液两相均浆设备流场试验及数值模拟

溶剂萃取工艺广泛应用于石油污染土壤修复,机械搅拌设备的土壤匀浆化效果对污染土壤修复影响显著。针对3 m3处理工况,对比分析了斜桨式与铲式2种卧式搅拌设备,采用内流场可视化试验与流场数值模拟结合的方法,研究了2种型式搅拌器与搅拌转速的固液混合效果。结果表明:在相同转速下,与斜桨式搅拌器相比,铲式搅拌器土壤体积分数方差更小,底部固相沉积更少,应力显著降低,综合性能更好;对于铲式搅拌器,随着搅拌器转速的提高,固液两相混合效果增强,搅拌装置应力、应变略微增大,超过30 r·min-1后,固液两相混合效果基本不再变化,可作为推荐的工作转速。

Comparison of One-Dimensional Analysis with Experiment for CO₂Two-Phase Nozzle Flow

The aim of this study is to investigate CO2 two-phase nozzle flow in terms of both experimental and analytical aspects for the optimum design of two-phase flow nozzle of CO2 two-phase flow ejector. In the experiment, it is measured that the temperature profile in the stream-wise direction of a divergent-convergent nozzle through which CO2 in the supercritical pressure condition is blown down into the atmosphere. In the analysis, a one-dimensional model which assumes steady, adiabatic, frictionless, and equilibrium is proposed. In the convergent part of the nozzle the flow is treated as single-phase flow of liquid, whereas in the divergent part the flow is treated as separated two-phase flow with saturated condition. The analytical results indicate that the temperature and the pressure decrease rapidly in the divergent part, and the void fraction increases immediately near the throat. Although this analysis is quite simple, the analytical results can follow the experimental results well within this study.

基于正交设计的旋流管式除雾器性能的数值分析

随着国家工业烟气排放要求日益严格,针对折流板除雾器对粒径小于20μm的微细雾滴去除效率低的问题,设计了一种新型旋流管式除雾器。采用欧拉-拉格朗日的方法,对旋流管式除雾器内烟气的流动进行数值模拟,使用刚性球形水滴代替雾滴,采用RNG k-ε模型和离散相模型(DPM)模型进行连续相和离散相的交替耦合计算;研究了不同流速下旋流管式除雾器性能的变化;并在基于正交设计的模拟实验下研究旋流管式除雾器结构参数对除雾性能的影响。对基础结构旋流管式除雾器的模拟结果表明:在3~7 m/s的流速下对直径大于20μm的雾滴去除效率在99%以上;对直径在10~20μm的雾滴去除效率在86.5%以上;对直径在2~10μm的雾滴去除效率在51.3%以上;压降61.4~321.3 Pa,对微细雾滴的去除效率有显著提升。通过分析正交模拟试验结果,得到扭转角度(a)的增大和单管直径(d)的减小有利于提高雾滴的去除效率;随着a的增大、d的增大、H的减小会加大烟气流过除雾器的压降;得出了参数范围内以2~10μm除雾效率为指标的最佳结构d=100 mm,H=2000 mm,a=900°;以10~20μm除雾效率为指标的最佳结构d=100 mm,H=1600 mm,a=900°;以除雾器进出口压降为指标的最佳结构d=100 mm,H=2400 mm,a=540°。本研究所提出的旋流管式除雾器能够显著提升微细雾滴的去除效率,对工业烟气的超洁净排放有着重要意义。

气爆危害对深隧竖井折板荷载的影响分析

深层隧道排水系统中的气爆危害将使竖井折板承受巨大的反向冲击荷载,严重威胁结构安全。为研究其荷载变化趋势,开展了长度比尺为1∶50的气爆模型水力试验,分析进气压、进气量、初始水深和联络管接入方式等关键因素的取值变化对冲击荷载的影响。结果表明:气爆对折板的反向冲击荷载可达正向水动力荷载的20倍以上且与进气压和进气量均呈正相关;当竖井内自由液面“紧邻”折板且联络管接入干区时,折板将大概率承受较大的冲击荷载。在试验研究基础上,分别拟合出了联络管接入湿区和干区时的最大冲击荷载预测式。研究成果可为折板型竖井正常安全运行以及结构设计优化提供技术支撑和理论指导。

压力管道中有压气囊运动的试验研究

为探讨压力管道中滞留气囊运动引起压力振荡的影响因素,更全面地表征气囊运动的瞬态效应,区别于以往简单管道系统末端的无压气囊运动试验,以较为复杂的试验管道系统的有压气囊为研究对象,探讨了不同流量和不同气囊体积条件下气囊运动引起的升压规律。试验结果表明:管道系统流量及气囊体积这两个单因素与气囊通过末端阀门产生的最大升压均不成线性关系,而是成上凸形抛物线关系;末端阀门的开度、气体排出引起的水体流速梯度变化、剩余气囊的缓冲作用三者共同决定最大升压值。

SCC型湿式除尘器除尘区域流场分析及结构优化

对SCC型湿式除尘器除尘区域流场流动进行分析,基于FLUENT软件采用气-固两相流和气-液-固三相流进行数值模拟研究,对不同时刻金属颗粒和液滴颗粒分布图、金属颗粒物轨迹、速度矢量进行对比,发现加入液滴颗粒后,除尘效率明显上升。通过正交试验研究了导流板长度、导流板倾角、导流板间距对被壁面及导流板捕集金属颗粒所占总数比例的影响,结果显示:各因素对被壁面及导流板捕集金属颗粒所占总数比例的影响主次顺序为导流板长度、导流板倾角、导流板间距,其最佳参数组合是A2B2C2,即导流板长度L=650 mm、导流板倾角θ=22.5°、导流板间距H=450 mm。显著性分析结果表明:导流板长度L对综合除尘效率有一定影响,导流板倾角θ和导流板间距H对综合除尘效率无明显影响。

基于DDPM模型的高压管汇冲蚀磨损数值模拟

为探究考虑颗粒间相互作用的高压管汇冲蚀磨损机理,通过计算流体力学方法研究了高压管汇固液两相流的速度、压力、湍动能和湍流耗散率,通过正交试验设计25组仿真,对比分析DDPM模型和DPM模型的数值模拟结果,得到工况参数、空间夹角、颗粒特性对高压管汇冲蚀速率的影响规律。结果表明:在用计算流体动力学方法对高压管汇进行冲蚀磨损数值模拟时,DDPM模型对高压管汇岐型三通冲蚀磨损的预测精度好于DPM模型;空间夹角在60°~90°时,最大冲蚀集中在三通相贯线和相贯线两侧面;空间夹角在30°~45°时,最大冲蚀集中在三通相贯线处;随着颗粒形状系数减小,流速4 m/s到12 m/s,冲蚀速率逐渐增大,最大冲蚀速率变大1.4倍,并在流速最大时达到峰值;结论可为高压管汇结构优化和剩余服役寿命预测提供理论支撑。

液体分布器小孔流量系数变化规律

孔口流动的影响因素非常复杂,将小孔流量系数视为常数是不合理的,对其进行系统研究对于液体分布器的设计是非常重要也是非常必要的。为了研究小孔流量系数的变化规律,以流体力学实验为手段,对不同结构、不同开孔方式、不同小孔孔径的液体分布器及液体孔板进行水力学实验研究,通过实测数据验证了实际的小孔流量系数是随着孔径和液位变化的,在进行液体分布器液位计算时,应遵循小孔流量系数的变化规律进行设计取值,以达到分布器的精细化设计。

玻璃纤维密度测试技术应用评估

基于玻璃纤维密度测试技术,分析最常用的3种测试方法:密度天平法、液体比重法、气流法,并应用这3种方法测定玻璃纤维行业典型粗纱和细纱的纤维密度,同时评估方法的测试偏差。结果表明:密度天平法测定的重复性偏差为±0.0100 g/cm^(3),液体比重法测定的重复性偏差为±0.0200 g/cm^(3),气流法测定的重复性偏差为±0.0005 g/cm^(3),气流法测定的重复性偏差最低。分析原因:气流法测试玻璃纤维密度时,没有玻璃纤维的多次取放过程,去除了玻璃纤维毛羽、粘连等问题对纤维密度测试的影响,同时气流法测定时气体介质与玻璃纤维的接触更加充分,去除了纤维气泡的影响。

一种测量油水比的新方法

提出了用量热法来测量管道中的油水比,进行了相应的理论分析和试验研究。结果表明,量热法具有简单、可靠、无任何运动部件等优点。它的提出和研究对于油气水三相流量计的开发应用具有十分重要的意义。指出准确地确定电热器出口温度场不均匀系数K_T是采用此法测量油水比的关键。

鼓泡式烟气脱硫原理性试验台气体流动冷模试验

描述了鼓泡式烟气脱硫原理性试验台气体流动冷模试验及结果。试验发现 ,对管外喷射 ,三种试验管型中底端封口的喷射管鼓泡层高度和压力降的变化都非常稳定 ;对管内喷射 ,随喷射速度和喷射管插入深度的变化 ,喷射器压力降波动很大 ,很不稳定。因而建议工程应用时采用管外喷射。采用PIV仪器对底端封口喷射管管外喷射的速度场进行测定 ,试验发现 ,在气液充分混合区域内 ,气泡的运动轨迹非常复杂 ,形成大量的涡团 ,气液剧烈扰动 ;在速度超过 16m/s ,涡团主要存在管壁附近 ,中间气体形成腾涌 ,对气液接触非常不利。

离心式气液两相流泵的试验研究

通过对QYS10 0 - 2 0型离心式气液两相流泵的试验 ,分析和研究了泵的性能 。

泵自吸过程气液两相流的可视化试验

自吸泵的自吸过程属于复杂的气液两相流动过程。通过建立泵自吸性能外特性及自吸过程气液两相流动特性协同测试系统,采用NI虚拟仪器Lab VIEW编程平台,实现了对泵自吸过程中的进出口压力、流量、转速的瞬态测试;同时采用高速摄影观测系统对自吸泵叶轮、蜗壳及气液分离室内部的气液两相流动过程进行了可视化观测。结果表明:在流量未上升之前,自吸离心泵的自吸过程一直处于动态的稳定过程。气液分离室进口出现的稳定气液分离面有利于气液分离,有助于气泡的排出。而扩散段出口出现的停滞回旋气泡不利于气泡的及时排出,对自吸性能有不良的影响。在自吸末期,流量、压力均有突变的过程,且气液分离室内小水珠、扩散管处气泡数目急剧增多,随后又急剧下降,体现了明显的瞬态效应。

气井临界携液流量计算方法的改进

准确预测气井临界携液流量对于优化气井生产制度、延长气井生产寿命具有十分重要的意义。国内外学者通过对Turner公式中的临界携液系数进行修正,得到了不同的临界携液流量公式,但这些公式普遍忽略了表面张力和气体偏差系数随温度和压力的变化,以及不同临界携液系数对各气田的适用性。针对这2个问题,文中首先修正了临界携液流量公式中表面张力及气体偏差系数的取值方法,并对将其取作常数的误差进行了分析;然后提出了一种利用流温流压梯度测试资料计算各井段天然气参数,并在此基础上反推临界携液系数的方法,利用该方法即可得到适用于不同气田的临界携液系数及临界携液流量公式。实例计算验证表明,改进后的临界携液流量计算方法较常规方法具有更高的准确性。

管式液塞捕集器设计及性能测试研究

管式液塞捕集器是气液混输管线终端的重要设备,其设计参数复杂,目前国内还没有具有独立知识产权的液塞捕集器产品。为此,研究了混输管线段塞流参数变化规律,指出捕集器的液位控制系统对捕集器的工作性能有较大影响——不使用液位控制系统时,捕集器液位和压力都不稳定,影响捕集器的工作性能。而启动液位控制系统后,捕集器压力和液位都较稳定;启用液位控制系统以后,捕集器内液位在设定值附近周期性波动,受液位波动影响,捕集器内压力也出现周期性波动,液位和压力的波动周期与液体流量有关。编制了段塞流捕集器设计规则,建立了捕集器系统的优化数学模型,设计并优化了液塞捕集器的结构与尺寸。所研制的液塞捕集器经室内测试,运行状态良好,在不同的试验工况下,捕集器内部的压力、液位都比较平稳,可以较好地分离气、液两相,有效消除段塞流的影响。