戈威尔 实验方法及工作原理详解：垂直小管柱实验装置与流型分析

戈威尔 实验方法及工作原理详解：垂直小管柱实验装置与流型分析

油和水两相流量（六个选定的文章）

油和水流两个阶段1

1个实验方法和工作原理

如图1所示，实验环境是一种实验性垂直管状柱油和水两相实验装置，内径为20mm。该实验设备在稳定流动部分上方的透明有机玻璃部分作为高速摄像头的射击部分，透明截面的背面是均匀的表面光源。 ，高速相机镜头面向光源。实验条件是正常的温度和压力，实验介质是柴油和水，总油和水流范围为3m3/d〜20m3/d，水分含量可以每隔10％调整所有水之间的每10％和所有油。每个测量点都是通过高速摄像头拍摄的，以获取实验中的油水两相流体流场和动态演化过程的细节，并基于此确定流动模式。

2油和水两相流量分析

近年来，许多家庭和外国学者已经对圆管中的油和水的流动类型，流动类型转化以及相位转化进行了研究。通常，对水平两cc期D流的研究相对全面，一些国内学者也引入了CC D [2,3,4]；对倾斜管道中两种1期油和水的流动的研究也取得了一定的结果。进步;相比之下，垂直管道中的石油和水流可用数据非常有限。在许多情况下，需要石油和水流或气体和液体流量的研究结果。

在该实验中，高速成像观察到的流动模式在油水的两相流水线中进行了比较。

从图2中所示的流图案照片中，在具有20mm内径的油和水的两相流中，流量状态将显示六种明显不同的流动模式，因为相关参数不同：

（1）水中油色散流量（DO/W）

（2）小水中散布流（VFD O/W）

（3）水中油块旋风电流（O/W CF）

（4）油中的水块旋风电流（w/o cf）

（5）油内色散流（DW/O）

（6）油中的细水色散流（VFD W/O）

分析油水两相流动转化

从油水界面特性的角度来看，流动类型分为两种类型：水中（O/W）和油中的水（W/O）。为了更好地研究两相流量类型的转化，有必要先治疗油水，对这两个阶段的流量特征有全面的了解，尤其是为了更好地掌握油水的过渡 - 从油中的水（w/o）到油中的水（O/W）。因为不同的油和水流模式将直接在液相润湿管壁和壁表面引起不同的摩擦剪切应力。

水分含量响应曲线如图3所示。曲线逐渐减小，倾向于以一定的流速稳定，并且倾向于在20m3/d处稳定。通过分析曲线，可以获得在20m3/d时，转化边界是含水的油在油中转化。当物流速度恒定时，混合物的动态压力头会增加。从以上实验分析和实验观察，可以看出，当水分含量约为50时，在垂直上升管中从油中的水（w/o）转变为垂直上升管中的油类型（O/W）的过渡会发生％。

3结论

该实验建立了一个高速相机流场显示系统，高亮度背景光源和传播高速流量射击方法，并获得了瞬态的油水两相流量瞬态图片库和带有一个带有一个带有一个的流动性视频库内径20mm。根据当前的情况，可以总结如下的进度和结果：

1。基于高速摄像机拍摄的瞬时流场照片，获得了六个典型的流量模式，在不同的流量和不同的水分含量下，这与同一流动模式的结论一致。

燃烧室头部两相流场的实验研究2

本文使用PDA研究燃烧室头的两相流动特性。在实验上研究的模型燃烧室包括一个旋风，喷嘴和火焰缸墙，以确保气流结构与真实发动机燃烧室的气流结构相似。该实验在回流区域提供了两相。仔细测量流场以给出粒子和气速分布，SMD，通量和脉动速度分布的颗粒。

作者：Gu ，Xu Xing，Guo ，Li Jibao，Xu ，Gu Chong-Bin，Xu Hang Guo Zhi-hui li ji-bao xu ji-bao xu xu hua hua hua hua hua hua hua-sheng作家部门：gu ，Xu -bin，Xu Hang，Guo Zhi-Hui（北京航空大学和宇航员，北京热工程研究所，）

Li Jibao，Xu ，Li Ji-Bao，Xu Hua-sheng（中国燃气轮机研究所，成都四川）

空气动力学杂志EI PKU英语杂志：of of Power Year，卷（问题）：（4）分类编号：V231关键词：燃烧室两相流量测量

气膜冷却流场的实验研究和数值模拟的分析

关于实验研究论文样本

数值模拟研究关于环境体阶段之间分离流场特征的特征

快速流场解决方案的参数多项式方法

设计实验经验

厌氧挡板反应器处理啤酒废水的实验研究

8年级的物理实验摘要

流理论和设计互动设计

低碳时代食品包装设计的研究论文

气体/水的两相流中的纤维持气计

关键字：气/水的两相流；光纤传感器；气体保持速率

中国图片分类编号：TN 253； TP 212.14文档标识代码：ADOI：10.3969/j.issn..2012.05.013

简介油田和大多数国内沉积油田的生产井具有许多层和低产量的特征。随着油田的发展进入高水量的晚期，在大量油井开采过程中会产生气体。由于其特殊的物理特性，涡轮流量和水分含量的测量精度降低了。确定地下油/气/水的三相流的输出曲线流量和水分含量的现有方法主要是通过测量三相流的总流量，水位持有速率，气体持有速率和流体密度参数，并结合温度，压力和油。 /气/水的物理特性参数确定石油/天然气/水的相分离流量。因此，气体保持速率是三相流量测量中的重要参数之一。准确测量气体保持速率具有重要的实际意义和实际应用值[13]。目前，用于测试两相或三相流的气泡大小和气体含量的方法主要包括摄影方法，成像图像处理方法，双电极导电探针方法等。[48]。但是，这些测试方法具有一定的局限性，尤其是在气泡大小在较大范围内变化并且气泡密度较大的情况下，测试误差相对较大。折射率调制纤维传感器对油/天然气，水/天然气和油/天然气/水流体的折射率变化非常敏感。动态检测范围可以达到整个范围的0％至100％，并且可以高精度测量培养基的折射率。光纤传感器的变化具有强大的抗电磁干扰能力，易燃和爆炸性场合的内在安全性以及快速响应和耐腐蚀性的特征，使光纤完全适合于苛刻的地下环境逐渐引起了人们的注意近年来油井输出曲线测量[912]。该文章主要集中于以不同比率的气体/水流比进行的三组实验，从而探讨了在气体/水流下现有的纤维含量仪表的响应规则。 1。已经研究了测量光纤气体计的传感器探针的原理。 大学信息学院制定的光纤维气体计的气液反应规则。测量传感器探针的原理如图1所示。有关此系统的详细信息，请参考文献。 [12]。光纤探针方法的测量原理是基于气相的不同折射率，相对于光的液体。当光纤探头与气相接触时，入射光将完全反射在棱镜上，并通过反射的光纤将光电转换器投射到光电转换器上，光电转换器将其输出。高级;当光纤探头接触水或油时，入射光会在棱镜上折射，并且没有足够的强度投射到光电转换器上，光电转换器的输出较低。随着三相油，气体和水流通过纤维探头的流动，光电转换器输出的电压信号随着时间的流逝而连续变化。处理此信号后，获得了纤维探针的局部横截面气体含量率。光学仪器卷34

第5期Mou 等人：有关光纤含量计的反应定律的实验研究，气/水两相流量

在图1中，传感探针由金字塔形蓝宝石探针，入射光纤和出口光纤组成。事件光纤和出口光纤是融合辐条，蓝图中的纤维探针的测量原理图1

纤维珠宝的图。当探针放置在气体液体环境中（折射率N1）时，由于气体和液相的折射率不同（分别是气体，水和石油的折射率），入射光通过探针返回。输出光强度不同，因此可以根据上述原理测量气体保持速率。当流体为气体时，入射光纤的光波将通过蓝宝石探针完全反射，并反射大量光线，输出更高的光功率并显示高水平；相反，当探针与液相接触时，输出信号幅度相对较高，低水平是二元性。 2实验图2是三相流实验基础的多相流校准装置结构的示意图。该设备主要由液体储罐，压力源，井架，压力稳定器，管道，大门，标准涡轮机等组成。它可以模拟井下注入井和生产井的流量，形成油，天然气，水和聚合物溶液。相位管流，每个相流体以标准形式相位，并在井眼中混合以形成多相流，并自动控制流量计量和采集。多相流实验装置的井眼外径为139.7 mm，内径为125 mm，井眼的高度为13 m。多相流实验设备可以提供的流量范围和误差为：水流在0.2至600 m3/d之间，计量精度为±0.5％；氮流量范围在4至2000 m3/d（多相流实验缸）之间，测量精度达到±3％。可以通过调整流速调节门来获得不同，准确的油流，水流和空气流量。该设备主要在文章中用于系统地研究由大学信息学院开发的光纤气体计的响应规则。在两相气体/水流环境上进行了三组实验，即：（1）在静态水环境中测量气体保持速率； （2）总水/气体含量为80 m3/d的环境中的气体保持速率； （3）在不同水含量为10 m3/d的不同水含量下的气体保持速率的测量。

在结果和讨论中，图3显示了在水静态环境中光纤气体保持探针的气体含量和气体保持速率的关系曲线。从数字可以看出，当将一定量的水注入模拟井眼中，气体体积逐渐从9 m3/d增加到50 m3/d时，光纤探测器的气体保持速率是气体体积逐渐从9 m3/d增加到50 m3/d，光纤探针的气体保持速率增加了9 m3/d。随着气体含量的增加，两者基本上显示了线性变化模式，表明纤维气率计适合在水静电条件下测量气体速率。图4显示了当水/气相的总含量为80 m3/d时，气体含量和气体保持速率的关系曲线。从数字可以清楚地看出，测得的气体保持速率随着气体含量的增加而增加，并且显示出良好的线性变化关系。并且，比较了实验中测得的气体保持速率曲线和实际的水/气体含量比，测试气体保持速率比与实验中的实际水/气体含量比进行了比较。从关系曲线可以看出，当水/气体的总量小于80 m3/d时，实际测量的气体保持速率和实际的气体保持速率可以更好地匹配。应该注意的是，实验设置的总水/气体含量的上限为80 m3/d，因为模拟的最大含量孔的最大含量是，在多相流量校准装置中使用的当前收集器伞可以承受80 m3 /d;当总金额超过80 m3/d时，当前收集器将向上移动。图5显示了在不同的水含量环境下，当气体体积为10 m3/d时，水含量和气体保持速率的关系曲线。从数字可以看出，当固定气体含量为10 m3/d时，水含量以5 m3/d的间隔逐渐从10 m3/d增加到5 m3/d时，光纤的气体保持速率探测跟随水含量。并逐渐减少。比较实际的气体保持速率和实际的气体保持速率曲线，可以发现当水含量小于35 m3/d时，实际的气体保持速率与实际的气体保持速率不同；当两者变化时，水含量在35至65 m3/d之间时，两者之间的差异很小。

图。

结论：三相流实验基碱的多相流量校准装置系统地研究了现有的纤维气体液体含气探针的气体 - 液体两相输出曲线，并获得了主要结论，如下：（ 1）在静态水条件下（水流为0），光纤气体保持速率表的气体保持速率基本上线性地变为气体含量； （2）当气体/水比不同时，总气/水量为80 m3/d，光纤气体保持速率表的气体保持速率将对气体含量和实际气体持有线性响应速率与理论气体保持速率一致； （3）当气体/水总量小于45时，当M3/d时，光纤气体保持速率计的气体保持速率对气体/水量没有线性响应，这与实际气体保持速率。总数越低，偏差越大；当气体 /水的总量大于 /d的45平方米大于45 m3时，实际测量的气体保持速率与实际的气体保持速率更好地匹配。参考：

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煤粘液泵的两相流量分析4

煤污泥泵运输固定液体两相流体。两相流的物理特性比正常温度清洁水要复杂得多，因为在实际流动中，固体和液相相互作用不仅会相互作用，而且单相颗粒也将与颗粒有复杂的相互作用[1 ]。此外，煤粘液水泵输送的煤粘液是一个复杂的分散系统，每个煤泥制品中煤粘液的矿物质成分和岩石液特征都是不同的[2]。因此，仍然很难使用更准确的数学方程来模拟，分析和求解。

为了更准确地反映100pz煤污泥水泵的递送情况，选择了某个煤炭准备厂的无烟煤作为固相培养基和室温水作为液相。模拟了煤污泥水泵的内部流场，并获得了差异，并分析了粒径每个工作条件下的固相体积分布，并分析了仿真结果以预测浆液泵和溢流组件的磨损。为了提高泵的耐磨性并根据上述分析结果延长泵主体的使用寿命，进行了合理的改进和数值模拟。最后，比较并分析了修饰前后泵的性能。修改后的解决方案对改善刀片的磨损具有明显的影响。

1粘液泵模拟分析

1.1建立煤粘液泵模型

煤污泥泵的固体建模是使用Pro/E进行的，即叶轮和旋转跑步者的固体建模。煤污泥水泵的基本参数是：设计流速Q = 240m3/h，设计头H = 66m，叶片数Z = 8，额定速度n = 1450r/min。叶轮流通通道的实心建模生成的叶轮的三维图如图1所示。摩力车跑步者固体建模生成了三维展变量图，如图2所示。

使用Pro/E软件生成几何模型并将其保存到STP格式文件中，然后将其导入到软件中。首先，将几何模型设置为两个部分：叶轮和焊接，然后将非结构化网格用于网格部门，在该网格部门将玻璃部分分为41943，将叶轮部分分为网格，并将网格的总数分为网格。网格分裂的结果如图3和4所示。

定义边界，指定旋转壳和刀片的工作表面，后表面和叶片盖表面是壁，叶轮的入口表面是叶轮的出口表面，并且叶轮的出口表面为。

1.2解决模型选择

测试中的求解器类型选择基于压力的求解器并选择稳态计算。为K-ε模型选择了湍流模型，并选择了两相流选择模型以用于湍流模型。对于旋转刀片区域，请使用旋转坐标系型号，将其设置为框架，速度为151./s。在解决方案方法中选择基于单元格的选项，然后为压力方程选择身体力W。为动量方程，湍流动能和湍流耗散率选择了一阶迎风模型。

2颗粒直径对泵性能的影响

表1显示了在煤矿中生产无烟煤期间副产品煤污泥水的主要粒径参数。工厂使用100pz煤粘液泵进行闭路循环运输。在本文中，基于矿石的实际输送介质，使用模拟研究了固相颗粒的体积分数和粒径对泵体性能的影响。在仿真过程中，将无烟煤粘液水简化为两种含烟和水的混合物，体积分数C = 0.169，颗粒尺寸分别为d =200μm，d =250μm进行仿真分析。泵的颗粒大小不同的颗粒大小对其性能的影响是由泵进行的，并进行了详细的分析。

2.1压力分布

在不同颗粒直径下的正叶片的压力分布图如图5所示。当无烟煤的粒径变大时，刀片工作面的压力浓度现象靠近盖板的两侧。由于无烟煤的粒径变大，因此颗粒的密度不会变化，因此质量增加，相对水质量变小，这使固体和液体之间的力增加，并且对流场的干扰增加，从而导致在叶片压力的分布不均匀的情况下。压力的浓度将导致相应区域的磨损水平增加，并且还会导致泵体内的流场变得湍流，从而导致更强的流动损失和局部损失，最终将降低泵的效率。

带有不同颗粒直径的下背部叶片的压力分布图如图6所示。压力分布方向基本上与工作表面相同，并且在径向方向上增加。随着无烟煤的粒径增加，后叶片的压力不会发生太大变化。在后刀片的入口处，它是一个相对于整个叶片的局部低压区域，很可能会引起气蚀，从而降低了煤污泥水泵的寿命。

在不同颗粒直径下的旋转壳的压力分布图如图7所示。旋转压力变化非常突出，但是压力梯度的方向不会改变，但数值大小已改变。流体从叶轮流通道流入玻璃体，并发生能量转换，并且压力变大。无烟煤的粒径越大，流体获得的压力能越大。在玻璃壁上将形成局部高压区，这将不可避免地引起某些磨损。

2.2固相分布

在不同颗粒直径下的正叶片的固相分布图如图8所示。固相浓度变化的梯度非常明显。叶片尾部的固相浓度相对较低，因为无烟岩颗粒与尾巴周围的工作表面分离，并且粒径越大，这种分离现象就越明显。刀片的中部靠近前盖侧，具有大面积的固相积累，这将不可避免地在刀片表面磨损。刀片头的浓度高于尾巴，因为当粒子进入叶轮时，其速度将从轴向变为径向。由于惯性的作用，粒子将以较大的速度与刀片的头相撞，因此它很高。频率的重复发生碰撞会导致叶片头的严重磨损，而无烟煤的粒径越大，其保持原始运动状态的惯性越大，因此磨损越严重。

带有不同颗粒直径的背面叶片的固相分布图如图9所示。背面叶片的固相浓度分布相对无序，并且背面叶片的两侧都有明显的固体积累。在其他部位的固体分布中没有明显的规则，这意味着泵体中的流体不光滑，并且不可避免地会降低头部和效率。

3煤粘液水泵优化

3.1刀片改进的设计计划

固液两相流动泵的磨损受许多因素的影响，例如媒体特征，加压水室与叶轮之间的匹配，刀片类型，刀片数，刀片入口和出口宽度和出口宽度，入口和出口角度，外壳角度等。[3]。在本文中，在不更改叶轮的大小的情况下，通过更改叶片数来优化和修改叶片，并且叶片从原始8更改为5。修饰前后的煤污泥水泵如图10和11所示。

3.2优化之前和之后的结果比较

在本文中，当选择了粒径d =200μm，并且选择了粒度分数C = 0.169时，对内部压力场，速度场，固体分布和外部特征参数进行了比较和分析。

1）压力场。

修饰前后的后叶片的压力如图12所示。

改性后叶片的入口压力显着增加，空化现象将相对较弱。修饰前后的旋转壳的压力分布如图13所示。入口和出口之间的压力差不仅会变得更大，而且出口的压力值也突然变化。与修饰前的出口压力相比，入口和出口之间的压力差异显着增加，这使得泵的头部更大。修饰后，玻璃外边缘的压力值变小，表明煤污泥泵叶片的还原可改善动能和外边缘的势能的相互转换，并减少能量损失。

2）速度向量分布。

修改后的前后叶轮中横截面的速度向量如图14所示。修改后，除了舌隔板附近的一名跑步者外，叶轮的其他跑步者的速度分布更均匀，并且具有低 - 速度区域在舌分区附近的跑步者中清晰可见。

修改后，舌头上的回流现象显而易见，这会导致耐熔点处的速度显着下降（请参见图15），并且泵体的能量损失被加剧，最终导致降低与修饰之前相比，泵体的效率。修饰后舌头的速度向量如图16所示。

3）固相分布。

修饰前后的正叶的固相分布如图17所示。修改后，整个工作表面的固体浓度已显着降低，并且在头部，侧面和中部的固体积累现象在刀片已大大改善。从固相的分布态，可以获得叶片数量的减少。流场受刀片线性形状影响的现象大大减弱。

修饰前后的背部叶片的固相分布如图18所示。修饰后叶片的固相颗粒不仅相对均匀，而且浓度较小。仅在后盖板侧附近的叶片边缘，固体分布浓度相对较高。通常，煤污泥泵叶片的减少大大减少了固体颗粒的积累，大大削弱了叶片的磨损，并延长了泵体的寿命。

4）外部特征的比较。

在压力场，速度场和固相分布中，仅在修饰之前和之后分析煤污泥水泵的一般内部特征。为了进一步证明优化结果，根据仿真计算获得了优化之前和之后的效率和头部变化的曲线。如图19和20所示。

从图19可以看出，在刀片降低后，泵效率在较大的流动区域倾向于扁平，但是总体效率降低了，高效率区域变得更宽。修饰之前和之后的效率降低了3.7％。 As can be seen from 20, the pump head by up to 5.5% after the blade is , and the trend is with the , and the head with the of flow.

4结论

The the and size, the more it is to at the inlet of the back blade. The the and size, the the value at the inlet of the blade and the the at the outer edge of the .

It is easy to wear in parts where fluid the and the head of the blade. The value in the of the is also large, and long-term work will also cause wear. The part of the of the blade is by the shape of the blade, and there is also a of solid on both sides of the back blade. The wear is more as the size , the life of the pump body.

The of the 100PZ coal pump were based on wear and wear , and was out. The and after the were . It was found that the wear of the was with the one. The head is by up to 5.5% and after the , and the is by up to 3.7%. the has been , the is not large, and the head and wear have been . , has a on wear. The of this study is only for the wear of the solid phase. In , be out to , and the also take into the of the of the pump. Due to the of the and the time, there are still many to be .

: The of the coal water pump was using .0 . The show that with the of the size of , the of the blade face close to both sides of the front and rear cover plate is more . The wear of the also . into the above , the of was , and the wear of the coal slime pump was . After the , the head was by up to 5.5%, and the was by up to 3.7. ％。

: coal slime pump, , , wear

参考

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[2] Chen , Han Youbo, Sun Libin, et al. of for - cycle of coal slime water in mines [J]. Coal , 2008, (4): 56-58.

and of two-phase flow 5

The flow of gas- two-phase in is one of the most fluid flow in . When the of the of the fluid in the is close to the of the , occur in the , to the , the life of the , and even major occur [1]. Since the two-phase flow has many that do not exist in -phase flow, it is more to solve and the by the two-phase flow, for the oil-gas two-phase flows that occur in . There are not many on the by , and there is a lack of and for .

This paper the local of crude oil in the 6 tons/year - , and and to the that in to find the key that are most to solve the . the of the to the of this and .

1 to the

The of local of the crude oil in the 6 tons/year - the two heat in the heat . The of all heat on the are the same, but only this after , and there is no the is 50% load. When the full load, the . There are many ring welds, and on the . Long-term will the of the . The is shown in 1.

Main of the : : 20# steel; Media: crude oil after ; size: 325X6.5; Media : 209℃; Media : 0.5MPa.

2 of of

2.1 of of pipes [2,3]

The of the is a kind of , and the that cause the of the are also . , the fluid the and the load the are the main for the . It is into the 5 : (1) The flow state of the , and shock , the to ; (2) The flows the port, and a hole scene will , the to ; (3) The flow rate in the Too fast, the and of the are , in of the ; (4) Pipe by of the of the pump and motor and the and ; (5) Pipe to the , The type and of the also a of . When the is equal to or close to the at a stage, of the .

2.2 of gas- two-phase flow

In years, from have on flow , and drop in two-phase flow , and types of flow , the most of which are : flow type and flow type. to the flow , the flow of the fluid can be [4].

The for the of each phase in the fluid:

在哪里：

V-: flow rate, m/s

Q: Fluid flow rate, m3/s

A: Pipe cross- area, m2/s

D: inner , m

It can be seen from the above that when the pipe is , the of each phase in the fluid is to the flow rate of the fluid. The of post- of the crude oil also when the full load, that is, as the flow rate of the fluid , the flow rate of the gas- . to the flow type and flow type, the flow type of gas-two-phase flow in the is a mist-like flow; the flow type in the is an mist-like flow.

Misty flow and mist flow are very to cause in the fluid, mist flow. The of high-speed of the , which leads to of the . Since the heat is a steel , all the of the pipes are and the steel . When the of the fluid in this is close to the by the steel , it in the , in the local .

3

From the , it can be seen that the main to are: the speed of each phase in the fluid; the local of the ; or the type and of the . In , the first two plans must be shut down will the 's and ; or the type and of the is the and .

Based on the above and with the , a guide is added to the rear part of the elbow in 1 to the of the and avoid , the of this of the .

4结论

in , the for can only be met from the , and the of the is , the is an in . This paper the of and in by the of local of crude oil after . In , based on the of the , the of guide to the was to solve the of large of the and .

参考

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[3] Nie . on the and of [D]. of and , of and , 2000.

Study on the of solid- two-phase flow of swirl pump 6

Sand will occur after the local is loose or the oil well is for a of time. sand in crude oil will the wear of the of the oil pump and even block the pump, crude oil [1]. sand-proof oil pumps : long short- sand-proof oil pump [2], three-tube sand-proof oil pump [3], metal sand-proof oil pump [4], - oil pump [5], side Sand- and oil pumps [6], etc., have their own and , but they solve the of sand and card.

, to the [7,8], a new sand pump was , and a was added to the upper part of the pump of the oil pump. When the sand- crude oil the of the , under the of force, it is the The sand move to the wall of the rod tube , the sand of crude oil and the of sand of oil pumps.

This paper and of the solid- two-phase flow flow of crude oil-sand the , and the of such as and on the in the , which is the sand pump a basis.

1. Basic of swirl sand

The sand-proof pump based on the is shown in 1. The sand- crude oil moves , the valve ball open and the of the . Due to the of the fluid, the sand and crude oil are . , a ring shape, the of crude oil to carry sand and the and pump from .

The solid- flow in the is , the of crude oil and sand , and the for the two-phase is . The of the phase is:

1) :

2) :

Where xi is the of the fluid mass; ρff is the of the fluid phase; pf is the of the fluid phase; ufj and ufi are the of the fluid phase; τfij is the of the fluid phase; Ffdi is the solid The the two is the of the fluid phase.

For the solid phase of sand , if by the , its is:

1) :

2) :

where np is the of solid-phase sand ; up j and uppi are the of solid-phase sand ; τ rp is the and time of -; the last on the right of the , and the adds' means The value is added to the mean value when a line is added. The of other is the same as that of (1) and (2).

2 and of

CFD is used to model and the solid- two-phase flow flow of the . First, a three- model is in the , as shown in 2 (in order to the , the pump the Wire type, and the solid is not shown), and its end face are shown in 3. In 3, Φd is the top of the , Φi is the root of the , and Φr is the of the tie rod. The solid- fluid is in the space of the , and flows from the to the space of the tie rod and the pump .

将建好的几何模型划分网格,这里采用TGIRD型式, 网格间隔为2mm,入口为螺旋槽端面入口,采用入口,流动出口为泵出口断面,采用型式。

采用CFD的软件对固液两相流流动进行仿真,考虑到其为螺旋运动,采用RSM湍流模型[9],其数值解采用算法,入口速度为1.2m/s,螺旋段长度250mm,装置总长600mm。仿真结果如图4~图6所示。图4为砂粒在泵内流动的轨迹,可以看出实现了螺旋运动。图5为油砂分离过程图形,左下方剖面为泵入口,右上方剖面为泵出口,蓝色到红色表示含砂从0%~100%。在入口处砂粒含量10%,均匀分布于原油中,此后逐渐分离。为了清晰表示该过程,其中6个剖面如图6所示。螺旋带入口坐标y=0,螺旋部分结束在y=250mm处,泵出口处坐标y=600mm。

3旋流效果影响因素分析

为了提高油砂分离效果,研究螺旋槽几何尺寸及螺旋角等因素对其影响。由于参数较多,一般采用正交试验方法确定最优值,本文由于篇幅所限,各选取三种情况进行分析。

3.1螺旋槽几何尺寸对油砂分离的影响

同时改变拉杆直径和螺旋槽高度,而拉杆外圆与螺旋槽顶部间隙保持不变,观察其对油砂分离的影响。 其中Φi=20mm,情况A:Φr=20mm、Φd=22mm;情况B:Φr=30mm、Φd=32mm;情况C:Φr=40mm、 Φd=42mm,仿真结果如图7、图8所示。

图7为三种情况下的出口剖面砂相含量云图,可以看出情况A效果最好。情况B有部分砂粒分布于剖面中部,情况C更多。分析其原因,主要由于拉杆对环空的砂粒碰撞导致砂粒运动到中部。可以看出拉杆直径小有利于油砂分离,但其不能太小,否则会降低强度,因此取为Φ20mm。

出口剖面砂粒的切向速度如图8所示,情况A、B、 C的曲线分别对应图上的data1、data2及data3,该组曲线是从泵出口端面引一条线段与直径重合,然后绘制该线段上速度分布,圆心的横坐标为0mm,向右为正、向左为负。从图中可以看出,情况C速度最大,主要原因是由于环空面积较小,流量相同时速度较大。

情况A、B、C的流体出入口压差(包括静压和动压)分别为:90.4k Pa、33.5k Pa和42.2k Pa,说明情况B压力损失最小。

3.2螺旋角对油砂分离的影响

螺旋角是影响油砂分离的主要因素之一,将其分别设为情况D:α=35°;情况E:α=45°;情况F: α=55°,三种螺旋部分长度均为250mm,螺旋槽横截面几何尺寸不变,结果如图9所示。

从图9可以看出,螺旋角α=55°时分离效果最好, 当螺旋角α=35°时效果最差,其主要原因在于螺旋角太小,虽然切向速度增加,但由于拉杆对于砂粒的碰撞,使得砂粒进入环空中部,影响砂粒分离效果。经过多次仿真发现,当螺旋角α超过60°时,分离效果反而变差。

出口剖面砂粒的切向速度如图8所示,情况D、E、 F的曲线分别对应图上的data5、data4及data3(情况F与C相同,因此为一条曲线)。从图中可以看出,情况D速度最大,主要原因是由于螺旋角小、速度的切向分量较大造成的。

情况D、D、F的旋流装置出入口压差(包括静压和动压)分别为:229.9k Pa、52.7k Pa和42.2k Pa,说明随着螺旋角增加,旋流装置的压力损失减小的。

4结论

1)原油含砂时容易造成抽油泵砂卡,采用基于旋流机理的防砂抽油泵,可以将油砂分离,提高原油携砂能力,减少泵砂卡问题的发生。

2)通过对旋流装置进行固液两相流数值模拟,可以看出,随着螺旋槽底部与拉杆的环形空间截面面积的增大,油砂分离效果变好,砂粒切向速度减小,当螺旋槽顶部圆周直径为Φ22mm、拉杆直径为Φ20mm时分离效果最好。

3)在螺旋角小于60°时,螺旋角增加,油砂分离效果变好,且出入口压力损失降低,因此螺旋角选择为55°效果最佳。

摘要：针对抽油泵砂卡问题,提出了基于旋流机理的防砂抽油泵方案。抽油泵内设有旋流装置,当含砂原油通过其螺旋槽时,在离心力作用下使得油砂分离,从而防止抽油泵砂卡。建立了旋流装置内含砂原油的固液两相流运动微分方程,并采用CFD软件进行虚拟建模和数值模拟。结果表明:其他因素不变时,螺旋槽空间增大,分离效果改善;在一定范围内螺旋角增加,分离效果改善。当螺旋槽顶部圆周直径为22mm、螺旋角为55°时,油砂分离效果最佳。

关键词：抽油泵,旋流,砂卡,固液两相流,数值模拟

参考

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