基于高速摄像法的气液段塞流特性参数测量

在气-液两相段塞流中,液膜段的湿壁分数和弹头倾角是研究气弹段持液率和气弹特性的关键.文章基于光学成像技术设计了高速摄像法的视觉传感器测试系统,实现了气液两相段塞流气弹特性参数测量.基于图像分析技术,优化边缘检测算子,精确定位边缘位置,高质量提取了轮廓分布,将机器学习模型作为预测多相流特征参数的一种新方法,对气弹弹头倾角进行数据建模研究,分析了适用于分层平滑流、波浪和环状流的表观粗糙表面(modified apparent rough surface,MARS)模型以及段塞流气弹区和液膜区流动状态机理,在MARS模型基础上进行了参数优化,使其适用于段塞流液膜处的湿壁分数和持液率求解.结果表明:通过数据拟合的多项式模型弹头倾角α的模型预测结果的平均绝对百分比误差(MAPE)为8.87%,94.6%预测结果处于相对误差±20%的范围内.通过修正MARS模型提出的水平管段塞流液膜处湿壁分数预测结果的MAPE为9.42%,96.1%预测结果处于相对误差±20%的范围内.液膜持液率预测模型结果的MAPE约为8.04%,93.4%预测结果处于相对误差±20%的范围内.

安装水平多孔板的鼓泡床反应器CFD-PBM数值模拟

采用Euler-Euler双流体模型对安装水平多孔板的鼓泡床反应器内气-液两相流动进行数值模拟研究,探究了不同水平多孔板和表观气速条件对鼓泡床反应器内气含率及气泡直径的影响。结果表明:当表观气速从0.5 m/s增加到1.0 m/s时,安装水平多孔板的反应器内整体气含率显著增加;安装多孔板后,气泡在中心区域分布范围加宽;轴向液体速度为0时,没有安装多孔板的反应器向上流动的液相径向无量纲分布范围为0~0.57,而安装了多孔板的径向无量纲分布范围为0~0.64;水平多孔板的安装能增强气泡之间的聚并与破碎,使大气泡在反应器中心区域的分散范围更宽。

多孔板鼓泡塔流动与传质特性数值模拟

采用Euler-Euler双流体模型对安装不同数量的水平多孔板的鼓泡塔内气液两相流动及传质特性进行数值模拟研究,并探究了不同表观气速条件对鼓泡塔内气含率、气泡直径分布和气液传质系数的影响。结果表明,不同数量的多孔板和不同位置的多孔板都会影响气含率的分布;随着多孔板的数目增加,鼓泡塔液相上方区域的气含率增加,但影响区域有限;安装多孔板后,鼓泡塔内径向位置的平均气含率变化明显,出现“M”形状的分布。不同表观气速下,未安装多孔板的鼓泡塔内直径为1~2mm的微小气泡占比超过30%;安装多孔板后,微小气泡占比明显增加;气液传质系数在中心区域(径向无量纲为-0.5~0.5)较为平缓,波动不大。最后将模拟计算得到的气液体积传质系数与Akita的关联式计算值进行比较,本文计算结果略高。

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDIES ON BUBBLE DIAMETER AND GAS HOLDUP IN AERATED STIRRED TANKS

Experiments were carried out in geometrically similar vessels with diameters of 0.287, 0.495 and 1.1m respectively. Bubble diameter distribution was measured with a dual electric conductivity probe placed in the tanks. Gas holdup was measured by spillover method. Considering the coalescence of bubbles in the upper circulation region of the aeration stirred tank, introducing the concepts of turbulence decay and effective viscosity of gas-liquid system into this work, and taking into account the equilibrium between the surface energy of the bubbles and the energy supplied by agitation, mathematical models for bubble diameter and mean gas holdup were derived. The mathematical models were confirmed by experimental data.

基于SOA优化LSSVM的气液两相流持液率预测

为准确预测气液两相流持液率,在筛选前人实验研究结果的基础上,采用海鸥算法(SOA)优化最小二乘向量机(LSSVM)模型对气液两相流持液率进行预测,并将预测结果引入Beggs-Brill压降计算模型,形成改进压降模型,用于现场验证。结果表明,与传统经验模型相比,SOA-LSSVM模型考虑的影响因素更加全面,实际值与实验值偏差较小,模型的均方误差(MSE)较传统经验模型缩小了85倍,R2提高了0.138;与其余机器学习模型相比,计算精度和收敛速度均有明显提升,证明了该模型在预测持液率方面的优越性;根据现场情况,利用管道沿程压力和低点排液量验证了改进压降模型的准确性。研究结果极大扩展了持液率模型的计算精度和适用范围。

上流式反应器气-液-固三相床层气含率模型研究

从热力学基本定律——熵增定律和能量最低定律出发,考虑系统宏观动能、势能及内能的转化,通过对系统各种能量的表达,建立上流式反应器气-液-固三相床层气含率与系统条件(如流体流速、黏度、催化剂物性)的定量关系。在热力学定律基础上,提出相关物理量“变动级数”的概念,结合不同操作条件和不同催化剂装填方案的冷模试验,研究流体及催化剂物性对床层气含率的影响规律。采用所建立的气含率模型拟合各种操作条件及多种催化剂装填方案下的试验数据,拟合平均相对偏差均小于5%,参数合理且能反映气、液、固三相性质对床层气含率的影响规律。建立一个优良的模型来描述上流式反应器气-液-固三相床层气含率,对上流式加氢工艺的研究具有重要指导意义。

吉林油田CO_(2)驱高气液比油井井筒压降预测模型

目前,吉林油田CCUS已进入工业化推广应用阶段,部分井油压超过掺输压力,需介入控压措施,而准确预测井筒压力则是进行转喷预测和控压工艺设计的关键。CO_(2)驱高气液比油井井筒流动具有多组分、存在相变及流型转变等特征,导致现有压降模型不适用。为了进一步揭示CO_(2)驱油井井筒多相流动规律,准确预测井筒压降,开展了油气水三相井筒可视化流动模拟试验,明确了高气液比条件下,气体扰动对油水相间作用的影响规律;基于试验数据,通过因素分析,明确了表观气、液流速和含水率与持液率的变化关系,引入新的无因次数准数,拟合得到持液率计算新模型;综合考虑CO_(2)在原油和水中的溶解度,以及CO_(2)沿井筒流动的相态变化,建立了CO_(2)驱高气液比油井压降预测模型;现场实际测压数据验证表明:新模型最大误差为8.32%。与常用工程压降模型相比,新模型精度最高。该研究成果对保障CO_(2)驱高气液比油井的安全稳定生产具有重要的意义。

井筒零液流研究

零液流量气提流动是产水气井中一类独特的持液流动现象,是井筒中长时间积存形成了液柱,而气体流速又不足以将液体带出井筒所致,表现为井筒中存在两相流气提区,而井口处的液体流量为零。其现场意义在于:它相当于积液气井气举排水过程中始喷点的概念。建立了该流动现象的流型划分标准、压降和持液率计算数学模型,并自行设计建立可视化实验台架模拟该物理现象。实验采用先进测试手段采集得到其流型图片以及压降、井口压力、注气量、持液率等数据。通过理论计算与实验数据对比,验证该理论模型的正确性。最后给出算例模拟计算实际气井零液流量气提流动和无滑脱气液两相流动,从而得出规律性认识。该研究成果对于指导严重积液气井气举排水采气设计有着积极意义。

应用人工神经网络方法预测气井积液

气井井筒积液对天然气的开采影响极大,准确地计算气井临界流量对气井开发至关重要。气井携液临界流量理论计算模型主要有液滴模型和携液率模型,然而在实际计算过程中往往会出现计算结果偏差大、不能满足工程需要等问题。文中提出一种应用人工神经网络方法预测井筒积液的新模型,该模型充分利用了气井现有的生产测试数据,简化了大量复杂的机理研究,具有更广泛的实用性。生产井的计算结果表明,应用神经网络模型预测气井积液的成功率较高,可以用来判断气井积液。

气井零液流量流动模拟实验及模型应用研究

气井零液流量流动是积液气井中一种特殊的流动现象,准确认识零液流量流动规律对于揭示气井积液机理、判断气井积液程度、指导积液气井气举和泡排等排采工艺设计及优化至关重要,但目前缺乏相关深入全面的实验研究和理论模型。为此,文章基于所搭建可视化实验装置开展了零液流量流动实验,建立了零液流量持液率模型和气井井筒积液高度预测方法。结果表明:零液流量流动时存在泡状流、段塞流和搅动流三种流型;油管尺寸一定时,静液柱高度对持液率无影响,其值仅与气流速相关;新建零液流量流动持液率模型与实验误差为仅为3.5%,与实际气井误差为8.7%,能够准确地运用于实际积液气井压力预测。新模型及积液高度预测方法可为现场气井积液程度判断提供理论依据,为实施排采工艺的积液气井提供重要指导作用。

水平气井气-水-油三相流动压降模型

准确预测气井井筒压降是进行产能预测、排水工艺设计的技术关键,气井低产气量时的搅动和产凝析油的特征使得目前工程常用压降模型的运用受到很大限制。为此,开展了气-水-油三相管流实验,定性分析了气相表观流速、液相表观流速、含水率和倾斜角对井筒持液率的影响。分析结果表明,持液率与气相表观流速呈对数关系,持液率与液相表观流速呈线性关系,而持液率与含水率和倾斜角呈二次项关系。基于实验数据,选择无因次准数,建立了新的预测水平井气-水-油三相流动的压降模型。采用压降数据对新模型进行了验证,结果表明,与常用工程压降模型相比,新模型精度最高。该研究成果对水平气井的高效开发具有重要的意义。

水平管段塞流液塞持液率试验研究与预测模型对比

在内径50 mm、长27.3 m的水平管上利用空气-水作试验介质对段塞流的压力和液塞持液率进行了试验研究。采用压力传感器测量压力变化,采用平行电导探针测量液塞持液率变化。通过试验发现:液塞通过测量点时持液率的变化比压力变化迅速,持液率能更真实地反映段塞流动特性,可以用持液率的波动情况来确定液塞频率。将液塞持液率模型预测值与试验值进行了比较,结果表明,水平管大多数试验工况下的Zhang H Q模型预测值与试验值吻合最好。

气升式内环流反应器流体力学特征探讨

气含率和液体循环速率是气升式内环流反应器的主要流体力学特征,也是反应器运行过程中的重要状态参数。本文分析了气含率和液体循环速率对反应器性能的影响,探讨了气升式内环流反应器中气含率和液体循环速率的数学模型,并对决定两者的因素进行了讨论。

气泡细化过程中气含率的实验研究

应用压差法测定局部气含率,用膨胀法测定平均气含率.分别讨论了中心和偏心搅拌模式下气体流量、搅拌转速等因素对局部气含率和平均气含率的影响,以及局部气含率沿径向的变化规律.结果表明,中心双向搅拌和偏心单向搅拌均可显著提高气含率,且后者更有效;在筒内壁附近的气含率无论何种搅拌方式均随着气体流量的增大而增大;中心搅拌下的气含率随着径向距离的增大而下降,但偏心搅拌则在不同的位置气含率沿径向的变化表现出不同的变化趋势;平均气含率无论中心和偏心搅拌均随流量增加,但随转速的增加中心搅拌模式下气含率变小而偏心搅拌模式下的则增大.

高炉焦炭层区渣、铁滞留特性的冷态模拟

为阐明高炉下部熔融物的滞留特性,对填料床内液体的滞留量进行了冷态模拟实验研究,考察了液体的粘度、密度和表面张力、填料的粒度和形状及液体的流速等影响因素.结果表明,液体的粘度越大、表面张力越大、密度越小,则静态滞留量hs越大.它们的影响程度为密度>表面张力>粘度.填料的粒度、形状系数和孔隙度越小,则hs越大.液体流量增加时,hs大的固液组合总滞留量ht仍然较大,因此影响hs的各种因素也是影响动态滞留量hd的主要因素.得到了无气体流动条件下的hs和hd及气液逆流条件下载点至泛点间ht的计算式,计算结果与实验数据吻合较好.对于实际过程,不考虑煤气流影响时,高炉内熔融物滞留量的大小由hs决定,焦炭粒度对hs的影响最大.

双层桨搅拌槽内气液分散特性的CFD-DPM模拟

为研究气液搅拌反应器内气体的分散和返混效果对反应器性能的影响,基于计算流体动力学(CFD)软件Fluent 6.2,液相和气相分别采用Euler模型和离散相模型(DPM),对双层六直叶圆盘涡轮桨(6-DT)搅拌槽内气液两相流动进行数值模拟,得到了槽内宏观流动场和气含率分布.通过统计不同时刻逸出液面的示踪气泡数量,对搅拌槽内气体停留时间分布进行了分析.研究结果表明:搅拌槽内液相在每层桨区形成了典型的双循环流型,槽内共有4个循环涡存在,气体易在循环涡涡心处聚集导致局部气含率相对较高,而在槽底区和两桨间区局部气含率相对较低;搅拌槽内气体停留时间分布具有单峰和拖尾现象,并受流型、气泡尺寸和操作条件等影响;提高搅拌转速或减小通气量有利于气体在槽内返混和分散.

基于截面气含率的文丘里湿气压降模型

运用两相流理论对湿气中的气相与液相流动进行分析,在分层流与环雾状流的条件下推导了两相流通过水平标准文丘里流量计的理论模型。通过分别考虑截面气含率、相间摩擦以及液滴夹带等因素,在文丘里轴向对湿气流动中的气相动量方程进行求解。通过对水平直管中的截面气含率公式进行修正,建立了适用于收缩管道的截面气含率模型,并在此基础上模拟了湿气流经标准文丘里时其两个取压孔之间的轴向静压分布。实验证实,使用修正后的截面气含率公式将使模型对文丘里压降的预测准确度明显提升,其相对误差在15%以内。该模型以湿气两相流在水平文丘里中的流动形态为依据,具有较充分的物理背景,而且在推导过程中较少依赖特定实验装置与数据,为建立具有一定普适性的文丘里湿气计量模型奠定了基础。

垂直井两相流动生产测井解释滑动模型

在两相流动模拟实验数据分析的基础上 ,提出油水两相和气液两相流动的滑脱速度的实验关系 ,进而确定垂直井两相流动生产测井解释的滑动模型。

水平气井气液两相管流压降预测

准确预测气井压降是气井动态分析、优化配产和排采工艺设计的基础.水平气井复杂的井身结构和流动规律,导致单一压降预测模型精度难以在宽泛的气液范围内满足工程需求.为开展模型优选及优化,基于环状-搅动、搅动-段塞和段塞-泡状3个流型转变点,提出垂直井筒持液率半经验模型;基于垂直管与倾斜管中持液率的对应关系,提出倾斜管中持液率预测方法,构建水平井气液两相管流压降预测新模型.研究结果表明,气井气液两相管流压降研究的核心是准确预测持液率;随着倾角增大持液率先增加后降低,倾斜管持液率可基于垂直管持液率随角度的变化关系计算得到;在所有对比模型中构建的新模型与气井生产测井数据的相对性能系数最小,表明模型能够满足工程计算精度要求.构建的新模型适用于不同产量范围的水平气井气液两相管流的压降预测,可为现场生产分析提供技术支撑.

真空循环精炼过程中钢液流动的数学模拟:流动的数学模型

考虑到RH过程的物理特性,特别是上升管内气液两相流的行为和两相间的动量传输,建立了该精炼过程中整个装置内钢液流动的三维数学模型.在该模型中,将钢包,插入管和真空室视为一个整体,基于双流体模型处理和描述了气液两相流,并采用了特殊修正的k-ε双方程模型.给出了该模型的有关细节.