基于群体平衡模型的油气水三相管流数值研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:sjtshuaige
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管内油气水三相流广泛存在于石油开采及运输领域。针对于提高石油开采期的采油效率及降低运输期间不必要能耗损失等问题,本文以常见的竖直管道,水平管道,90度弯管为研究对象,从气泡变化的内部机制探究了各种因素对管内油气水三相流相含率分布及压降变化的影响。基于气泡的聚并破裂在三相流中的重要影响,本文采用群体平衡模型耦合双流体模型与k-ε湍流模型,并考虑了曳力,升力,湍流耗散力,壁面润滑力等相间力封闭模型构建了全耦合群体平衡模型。通过验证,全耦合群体平衡模型能够合理地从气泡行为变化角度预测管内三相流的流动变化。通过全耦合群体平衡模型对竖直管道中油气水三相流的含水率、表观气速、入口气泡直径等影响因素的研究中发现,在侧升力的作用下,小气泡向管壁方向运动,大气泡向管道中心聚集。不同直径气泡受力差异导致了相含率分布的差异并影响了压力梯度变化。通过规律性分析得出降低含水率,提高表观气速,减小入口气泡直径等方式更有利于降低管内的压力梯度,提高气举效率。基于水平管中油水两相流的壁面润湿性的研究,本文探究了加入不同直径的气泡(10μm~113μm,50μm~560μm,100μm~1.13 mm)对水平管内壁面润湿性的影响。研究发现,不同直径的气泡对油水两相流的扰动效果不同,气泡直径越小越容易到达管道底部扰动水相,但只有壁面含水率在20%-25%之间,壁面呈油水交替润湿的工况在微米级直径气泡的扰动下转变为了壁面油润湿状态,且在降低壁面含水率的同时提高了管道的压降。在对弯管油气水三相流的研究中,本文探究了水平放置的弯管和竖直放置的弯管在不同曲率比和不同气泡直径下的管内三相流压降变化。研究发现,随着曲率比的增加,水平放置的弯管中气泡聚并现象更强烈,导致水平放置的弯管的压力梯度随曲率比的增加而降低;而在竖直放置的弯管中由于气泡受重力及侧升力的影响向管道中心移动,导致其压力梯度随曲率比的增加而增加。并通过研究得出随着气泡直径越大,竖直放置的弯管的压力梯度越大,水平放置的弯管的压力梯度越小。
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