表面活性剂体系下气液两相螺旋流压降规律实验研究

通过气液两相螺旋流实验仪器研究了可降解性表面活性剂对气液两相流流型和压降的影响,实验介质设定为空气和水,表面活性剂为天然椰子油,气液两相折算速度0.1~4.0 m/s,体积含气率5%~95%,起旋器为叶轮,实验在室温下进行。实验得到了螺旋泡状流、螺旋线状流、螺旋轴状流、螺旋团状流、螺旋弥散流、螺旋波状分层流等6种典型流型。对实验数据进行分析整理,发现流型对压降起着至关重要的作用,其中螺旋弥散流的压降梯度最小,螺旋波状分层流的压降梯度最大。同时分析了起旋器、含气率、表面活性剂浓度对压降的影响。另外,提出了对于由叶轮起旋的气液两相螺旋流的摩擦压降新的预测公式,理论计算值与实验所得数据吻合良好。     

水平管分层流下微孔泄漏特性数值模拟和实验分析

在油气田开发过程中,通常采用气液相混输模式,管道受腐蚀等因素影响容易出现穿孔而发生两相流泄漏。为分析两相流泄漏特性,对管内常见流型分层流下的微孔泄漏特性进行数值和实验分析;采用VOF耦合Level set算法分析了不同影响因素下的气液两相泄漏特性,设计了1种管道泄漏收集装置,进行室内两相流泄漏实验,并验证了数值预测模型的准确性。研究结果表明:气液两相流经过管壁泄漏口时会发生相分离,泄漏特性受小孔方位、管路内外压差、气液相流速影响较大;泄漏口位于管路侧壁时的泄漏特性与其他角度下的泄漏特性有所不同,可用泄漏影响区内的气液分布进行解释;当泄漏口位于管路底部时,存在临界液相分流系数,当液相分流比小于此临界值时,泄漏流体为单相液体。VOF耦合Level set算法的数值方法可为管路泄漏量预测和相分离特性分析提供参考。     

薄膜结构的气弹动力失稳临界风速

笔者采用解析方法研究了三维薄膜结构的气弹失稳临界风速。首先应用薄壳的无矩理论建立了薄膜结构的动力平衡方程 ;随后假设来流为均匀的理想势流 ,考虑流固耦合作用 ,采用不考虑流动分离和考虑流动分离两种气弹模型应用流体力学中的势流理论 ,并参考空气动力学中的薄翼型理论 ,确定了作用于薄膜表面的气动力 ,得到了两种模型情况下薄膜结构的气弹动力耦合作用方程 ;进而利用Bubnov Galerkin方法将此耦合作用方程转化为一常系数二阶微分方程 ,并根据Routh Hurwitz稳定性准则确定了薄膜的失稳临界风速 ;最后通过对临界风速的影响因素进行分析并对两种模型得到的结果进行比较 ,得到了一些重要结论。     

水合物螺旋流输送衰减规律数值模拟研究

为了提高螺旋流对水合物的安全输送边界,利用数值模拟技术对影响螺旋流衰减的因素进行研究。结果表明,水合物颗粒的旋转方向与扭带扭转方向相同,且扭率Y越小Re越大,对称涡线发生合并的位置越远。初始旋流数的大小主要与扭率Y有关,而与Re无关。但是在无扭带的管道下游螺旋流迅速呈指数规律衰减,其衰减速率主要与Re有关,而与扭率Y大小无关。并得出螺旋流衰减指数β与Re的关系式。与光管相比,螺旋流能够明显提高水合物的输送距离,在螺旋流较强段水合物颗粒均匀分布在管壁四周。     

基于CFD-DEM模拟物料流在转运点处的流动特性

转运点处产生的大量粉尘严重危害生产人员健康及设备安全,为了减少物料颗粒流在该处的产尘量,对颗粒流在输送带转运点处的运动过程进行了数值模拟。模拟依据流体力学基本控制方程和颗粒运动方程的基础理论,其中湍流模型选用RNG k-ε两方程模型,方法采用CFD-DEM双向耦合。经颗粒运动分析和压力流场分析,结果表明:物料颗粒流在转运点处的运动过程呈现出3个运动阶段:弧形下落、碰撞反射、稳定运输。根据这3个阶段的颗粒流运动规律及流场变化情况,改进了一种符合气固两相流流动规律的弧形防尘罩及溜槽,维持物料稳定流动,降低了下落时的动能和产尘量。     

基于CFD-DEM的旋风除尘器内气固流动特性研究

为了研究旋风除尘器内气固流动特性,采用CFD-DEM耦合算法研究不同入口气体速度下旋风除尘器内颗粒流态、静压、径向速度及轴向速度分布特征。结果表明:煤屑颗粒在离心力和径向曳力的作用下以螺旋颗粒条带靠近除尘器的壁面稳定向下移动,随着入口风速的增加煤屑颗粒条带变宽,条带与除尘器的第1次接触的拐点上移,螺距减小;除尘器内部压力轴向变化较小,径向变化较大,随着入口气体速度增加,除尘器壁面附近高压区范围和压力也随之增加,除尘器上方和下方的负压区变宽并朝轴向方向延伸;随入口气体速度增加,除尘器内径向速度和轴向速度逐渐增加,煤屑颗粒在除尘器中部聚集较多,煤屑停留时间变长,入口气体速度为15 m/s时,煤屑颗粒在除尘器内停留时间最长。     

悬浮铝粉尘的爆轰波结构

使用两相流模型,对管中的悬浮铝粉尘的爆轰波结构进行了理论分析.铝粉尘的爆轰波模型中,气体和颗粒具有不同的速度及温度,并考虑了动量变化及管壁损耗对稳定结构的影响.本文研究了颗粒直径对铝颗粒的点火延迟、爆轰波压力以及温度的影响,得到了爆轰波中各物理量分布,确定了空气中悬浮铝粉尘发生爆轰的临界颗粒尺寸为14μm.     

浓密尾矿管道输送的研究现状及展望

为掌握浓密尾矿管道输送中的流动规律及阻力特性,对国内外现有研究成果进行了综述,以尾矿颗粒的粒径尺寸和分布特征为切入点,分析了颗粒-颗粒、颗粒-流体间的相互作用,提出将浓密尾矿管道输送划分为均质结构流和复合流动两种模式,分别对不同模式下浆体流变性质、颗粒运移行为、流动型态及阻力特性方面的研究成果和最新进展进行了评述。结果表明:均匀细颗粒(d dc)浓密尾矿可视为由细颗粒介质与离散粗颗粒组成的复合流体,粗颗粒具有"剪切沉降"效应,介质屈服应力较小(τy<5τyc)时,浆体在管道内分层流动,管流阻力可通过两层流模型进行分析。     

燃油惰气发生器燃烧室气雾两相流场数值模拟

以新型燃油惰气发生器燃烧室为研究对象,对气相采用重整化群(renormalization group,RNG)κ-ε双方程模型,对颗粒相采用随机颗粒轨道模型,考虑气雾两相间的耦合作用,采用二阶迎风差分和SIMPLE算法,数值模拟燃烧室内的气雾两相三维流场,得到了燃烧室内空气一油雾两相流动动力学特性,比较分析了数值模拟结果与实验数据.研究结果表明,在旋流射流、壁面圆孔射流及燃烧室特殊几何结构的共同作用下,燃烧室内充满旋流,同时存在多个回流区,油气掺混剧烈而充分,有助于燃料点火、稳定火焰和提高燃烧效率.本文结果有助于燃油惰气发生器燃烧室燃烧性能的分析及结构与工艺参数的优化.     

随钻压力波在用于早期气侵检测时的扰动传播特性研究*

为了研究随钻测量装置（Measurement While Drilling,MWD）压力波信号在用于早期气侵检测时的扰动传播特性,基于油气井多相流流动理论,建立随钻压力波在环空气液两相流中的扰动传播模型,对多参数影响下的压力波传播与衰减特性进行模拟,并对压力波检测技术的现场应用效果进行分析。结果表明:含气率、角频率、系统压力、虚拟质量力、拖曳力和壁面剪切力的变化都会对压力波在环空气液两相流中的传播与衰减特性造成不同程度的影响;相比于常规的全烃量检测技术,压力波检测技术可以更早地检测到气侵的发生,可进一步提高油气井建井的安全性。     

深水测试地面流程节流油嘴段温压场研究*

为对深水高压气井测试地面流程中的节流油嘴段的温压场及水合物生成情况进行研究,采用数值模拟的方式对整个节流管路进行气体流动特性分析。并利用P-T图回归公式法,得出不同温压场条件下的水合物生成情况,进行水合物生成范围对比。结果表明:针阀出口后端气体速度随着管路入口压力和针阀直径的增大而增大,随管路出口压力的增大而减小,而气体温度随管路入口压力、管路出口压力、针阀直径的变化趋势与之相反。管路入口压力的递增、管路出口压力的递减以及针阀直径的递增,都会导致针阀突变径处的速度场、温压场波动更加剧烈,并使得水合物生成范围扩大。     

人工煤气管道萘颗粒沉积规律研究

针对萘在人工煤气管道中沉积会造成管道堵塞,影响管道的安全运行的这一问题,以昆明人工煤气管道为例,运用计算流体动力学软件Fluent,选用离散相模型和雷诺应力模型,对水平直管、水平弯管和三通管进行萘颗粒沉积的数值模拟,对于不同的管径、弯曲比、管径比,分别分析萘颗粒直径、入口速度、温度及压力对萘颗粒沉积的影响。研究结果表明:水平直管、水平弯管、三通管中的萘颗粒沉积率与颗粒粒径成正相关关系,而与气流入口速度、压力成负相关关系;萘颗粒在人工煤气管道中的沉积率主要受颗粒直径、气流入口速度的影响;萘颗粒的沉积率随着水平直管的管径增大而增大,随着水平弯管的弯曲比增大而增大,随着三通管的管径比增大而先增大后减小;可通过适当增大管内煤气输送速度、压力,降低温度来降低萘颗粒在人工煤气管道中的沉积速度,进而减少萘颗粒沉积的发生。     

瓦斯爆炸过程中火焰瞬时传播规律研究

在改善后的瓦斯爆炸试验条件下,为了得到任意位置的火焰传播速度,对火焰通过各传感器所处的位置与其对应时间进行统计分析,发现可以用二次抛物线方程来表达火焰传播距离与其对应时间之间的关系,由此推导火焰瞬时传播速度随管道位置变化的关系式,得到管道任意位置及任意时刻的火焰速度计算公式。研究发现:瓦斯爆炸火焰传播运动过程近似于匀加速直线运动过程;当加螺旋环时火焰传播过程接近于匀速直线运动。随着管道长度的不断增大,火焰瞬时速度不断增加,但增加的幅度越来越小,当管道长度达到某值后,火焰速度将趋于某一定值。煤矿井下可根据各点计算得出的火焰速度大小,采用相应的预防措施,减少瓦斯爆炸造成的损失。     

New tools predict monoethylene glycol injection rate for natural gas hydrate inhibition

In the oil and gas production operations, hydrates deposition leads to serious problems including over pressuring, irreparable damages to production equipment, pipeline blockage, and finally resulting in production facilities shut down and even human life and the environment dangers. Hence, it is of great importance to forecast the hydrate formation conditions in order to overcome problems associated with deposition of hydrate. In this article, an effective, mathematical and predictive strategy, known as the least squares support vector machine, is employed to determine the hydrate forming conditions of sweet natural gases as well as the monoethylene glycol (MEG) flow-rate and desired depression of the gas hydrate formation temperature (DHFT). The outcome of this study reveals that the developed technique offers high predictive potential in precise estimation of this important characteristic in the gas industry. Beside the accuracy and reliability, the proposed model includes lower number of coefficients in contrast with conventional correlations/methods, implying an interesting feature to be added to the modeling simulation software packages in gas engineering.     

对天然气水合物预防管理保障安全生产的研究

为了保障陆上气田冬季天然气安全生产,防止因天然气水合物导致安全事故,采用鱼骨图法对陆上气田天然气水合物产生的原因进行系统分析。分析显示,导致天然气水合物产生的根本原因,出现在天然气产能建设和日常生产管理各环节,以及单井、输气管道和集气站各生产场所,为防止天然气水合物产生,针对原因采用5W1H法进行管理,从而达到对冬季天然气生产主要安全风险进行有效控制的目标。     

天然气管道直管段结垢速率数值模拟研究

为了探究天然气集输管道运行中结垢速率的影响因素,基于FLUENT软件建立了天然气集输管道结垢速率数值模拟模型。结合川西北天然气管网的实际运行参数,定量分析了管道压力、温度、垢粒子浓度和流速对结垢速率的影响。结果表明,管道压力、介质流速与结垢速率呈负相关关系,介质温度、粒子浓度与结垢速率呈正相关关系。在实际生产过程中,可以通过适当增大气田采出水的压力和流速,降低介质温度来达到抑制结垢发生的目的;并且还分析了CaCO3颗粒在直管段处的生成与沉积规律。     

球阀处硫颗粒运移沉降规律数值模拟研究

元素硫在集输管道中沉积会引起堵塞和腐蚀问题,球阀处是集输管道中较易出现大量硫沉积的部位之一。为此,采用数值模拟的方法研究高含硫天然气中析出的硫颗粒在球阀处的运移沉降规律,选用雷诺应力模型模拟球阀处的流场,选用Lagrange颗粒轨道模型追踪硫颗粒在球阀处的运动轨迹,探讨影响硫颗粒在球阀处沉积的因素。结果表明:气流进入球阀内将会出现压力损失和流动分离,气流进口速度和球阀开度会对流场产生影响;硫颗粒在球阀处的沉积率随气流流速和颗粒直径的增大而增大,随球阀开度的增大而减小;重力和离心力是造成硫颗粒在球阀处出现大量沉积的重要原因。     

200 MW燃气流风洞高压氧气系统安全操作分析

为保证200 MW燃气流风洞高压氧气系统安全运行,从初始能量出发,对高压氧气系统充气、供气、排气时管道内的激波管流动、绝热压缩等过程进行安全分析,并提出针对性安全措施。结果表明:对于充气管道内存在的激波管流动,当驱动气体压力为20 MPa、被驱动气体压力为0.1 MPa时,激波反射后末端气体温度远远高于200 ℃,通过减小阀门开启速度,对阀前管道进行充气以减小上下游压差,可避免因绝热压缩产生的高温;供气管道充填时,管道内最高温度为73 ℃,通过控制充填速度,可进一步降低管道内氧气温度;通过高压排气、低压排气2种模式,可满足国标中对氧气流速的要求。研究结果可为氧气管道远程安全操作提供参考。     

Research on flow assurance of deepwater submarine natural gas pipelines: Hydrate prediction and prevention

The formation of hydrate will lead to serious flow assurance problems in deepwater submarine natural gas transmission pipelines. However, the accurate evaluation model of the hydrate blocking risk for submarine natural gas transportation is still lacking. In this work, a novel model is established for evaluating the hydrate risk in deepwater submarine gas pipelines. Based on hydrate growth-deposition mechanism, the mathematical model mainly consists of mass, momentum and energy conservation equations. Meantime, the model results are obtained by finite difference method and iterative technique. Finally, the model has been applied in the production of deepwater gas field (L Gas Field) in China, and the sensitivity analysis of relevant parameters has been carried out. The results show that: (a). The mathematical model can well predict the hydrate blockage risk in deepwater natural gas pipelines after verification. (b). Hydrate is easily formed at the intersection of horizontal pipeline and vertical riser, and the maximum blocking position often occurs in middle of the riser. (c). The hydrate blockage degree and length of hydrate formation region (HFR) decrease with the increase of gas transport rate. (d). The hydrate blockage degree and length of HFR decrease with the increase of gas transport temperature. (e). The hydrate blockage degree and length of HFR increase with the extension of horizontal pipeline. (f). Injecting inhibitors can effectively inhibit hydrate formation and blockage, but the improvement of transmission measures can significantly reduce the dosage of inhibitor. It is concluded that measures such as increasing gas transportation rate and temperature, shortening horizontal pipeline length, optimizing inhibitor injection point and injection rate can play a safe, economic and efficient role in hydrate preventing and controlling.