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充气钻井环空弹状流稳态流动模型与实例验证

科学技术与工程 2020年第5期20卷 1812-1819页

作者：徐新纽阮彪曹光福黄鸿杨虎中国石油新疆油田分公司克拉玛依834000 自然资源部深部地质钻探技术重点实验室克拉玛依834000 中国石油大学(北京)克拉玛依校区克拉玛依834000

国内外针对弹状流(段塞流)管流的力学模型研究很少,且计算误差较大,无法应用于钻井工程。为此,针对充气钻井开展环空气液弹状流稳态力学模型研究,可准确预测和设计井筒流体参数。首先,借鉴国外研究成果,对钻井气液两相管流型态进行描述... 详细信息

国内外针对弹状流(段塞流)管流的力学模型研究很少,且计算误差较大,无法应用于钻井工程。为此,针对充气钻井开展环空气液弹状流稳态力学模型研究,可准确预测和设计井筒流体参数。首先,借鉴国外研究成果,对钻井气液两相管流型态进行描述分析,推导出环空弹状流与泡状流的转换判别关系式,认为环空充气钻井液主要出现泡状流和弹状流两种流型,且充气钻井井深小于300 m的环空内为弹状流。然后,建立环空弹状流单元的物理模型,并对其流动参数进行解析计算。依据管流机械能守恒定律,建立充气钻井环空弹状流稳态力学模型,并给出数值解法。通过两井连通充气钻水平井(DNP02井)的实钻模拟,计算出的环空流动参数与现场实测数据非常吻合,误差小于5%。证实模型的理论体系完整,计算结果满足钻井工程需求,具有很好的通用性。

关键词：充气钻井气液两相流弹状流稳态力学模型实例验证

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竖直小通道内弹状流气弹长度的计算模型

原子能科学技术 2014年第7期48卷 1182-1187页

作者：闫超星阎昌琪孙立成王洋张小宁哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室黑龙江哈尔滨150001

针对小通道内弹状流建立了气弹长度计算模型，并结合实验研究，对模型进行验证。可视化实验以空气和水为工质，矩形通道截面尺寸为3.25 mm ×43 mm ，分气、液相 Re范围分别为62-360和1255-3707。结果显示，模型的预测值与实验数据具有... 详细信息

针对小通道内弹状流建立了气弹长度计算模型，并结合实验研究，对模型进行验证。可视化实验以空气和水为工质，矩形通道截面尺寸为3.25 mm ×43 mm ，分气、液相 Re范围分别为62-360和1255-3707。结果显示，模型的预测值与实验数据具有较好的一致性，平均绝对误差为26.8％。此外，将Mishima和Cheng等的实验数据与计算模型进行对比，实验段包括矩形通道（40 mm ×1.07 mm ，40 mm ×2.45 mm）和圆形通道（De＝4 mm），平均绝对误差为34.9％，说明计算模型具有较好的适用性。

关键词：小通道弹状流气弹长度计算模型

小曲率蛇形微通道弯头处弹状流流动及传质特性的数值研究

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化工学报 2017年第1期68卷 97-103页

作者：周云龙常赫东北电力大学能源与动力工程学院吉林省吉林市132012

采用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid)方法,以空气和水为工作流体对小曲率矩形截面蛇形微通道内气液两相流动进行模拟研究。验证模型的合理性后,研究了曲率对弯通道内压降的影响,曲率及气相速度对弹状流气泡及液塞长度的... 详细信息

采用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid)方法,以空气和水为工作流体对小曲率矩形截面蛇形微通道内气液两相流动进行模拟研究。验证模型的合理性后,研究了曲率对弯通道内压降的影响,曲率及气相速度对弹状流气泡及液塞长度的综合影响;同时深入分析了弯管内气液两相流动的传质特性,包括不同曲率下气泡长度的变化,弯管内液侧体积传质系数与液膜体积传质系数的比较,曲率及气相速度对液相体积传质系数的影响。同时,对比了回转弯道与直微通道传质系数的差异,发现弯微通道可以强化传质。

关键词：蛇形微通道气液两相流数值模拟微流体学弹状流

摇摆运动对弹状流向搅拌流转变边界的影响研究

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原子能科学技术 2020年第9期54卷 1589-1594页

作者：谢添舟徐建军卓文彬陈炳德中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室四川成都610213

流型的精确识别对于改进两相压降的计算精度有重要意义。本文利用静止时实验数据对现有弹状流向搅拌流的转变准则进行了验证评价。在此基础上选择符合最好的转变准则,引入摇摆运动产生的瞬变外力场,构建了摇摆条件下弹状流搅拌流转变... 详细信息

流型的精确识别对于改进两相压降的计算精度有重要意义。本文利用静止时实验数据对现有弹状流向搅拌流的转变准则进行了验证评价。在此基础上选择符合最好的转变准则,引入摇摆运动产生的瞬变外力场,构建了摇摆条件下弹状流搅拌流转变准则,利用摇摆条件下的实验数据进行了验证。对转变准则进行分析,结果表明,在现有工况范围内,随摇摆振幅的增大,弹状流向搅拌流转变略有提前,而摇摆周期对流型转变的影响可忽略。

关键词：摇摆运动弹状流搅拌流流型转变边界

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气液两相垂直管流中弹状流型数学模型

高校化学工程学报 1991年第2期5卷 102-111页

作者：张浩勤陆美娟连春光朱士亮郑州工学院化工系

本文对气液两相垂直管流的弹状流型的流动机理进行了分析,建立了数学模型。模型的特点是采用了以弹状气泡速度运动的相对座标系,在弹状气泡周围下落液膜流动、液体段空隙率计算和压降计算等方面部提出了新的观点。在两种管径中用空气-... 详细信息

本文对气液两相垂直管流的弹状流型的流动机理进行了分析,建立了数学模型。模型的特点是采用了以弹状气泡速度运动的相对座标系,在弹状气泡周围下落液膜流动、液体段空隙率计算和压降计算等方面部提出了新的观点。在两种管径中用空气-水系统进行了实验以验证模型,与一些其他作者的实验数据和理论模型也进行了比较,结果都表明这个机理模型计算的弹状流型的各种流体力学参数值与实验值吻合良好,也优于其他作者提出的模型。

关键词：弹状流数学模型气液流动

气液两相弹状流动中气弹及其尾流气泡参数的瞬态测量

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西安交通大学学报 1998年第10期32卷 22-25页

作者：向宇郭烈锦陈学俊西安交通大学

利用管内气液两相弹状流中因气弹周围液膜加速、减速所致的波动差压，实验测量了气弹速度、气弹长度以及气弹尾流作用长度等参数，并利用气弹尾流气泡群在尾流瞬变压力激励下所辐射的声波及其频谱，对尾流气泡群的最可几尺寸进行了测量... 详细信息

利用管内气液两相弹状流中因气弹周围液膜加速、减速所致的波动差压，实验测量了气弹速度、气弹长度以及气弹尾流作用长度等参数，并利用气弹尾流气泡群在尾流瞬变压力激励下所辐射的声波及其频谱，对尾流气泡群的最可几尺寸进行了测量．实验结果及误差分析表明，该测量方法比传统方法在无流场干扰、测量结果多样性等方面显示出较强优越性．

关键词：弹状流尾流气泡两相流气弹瞬态测量

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竖直管内弹状流向搅混流转变界限的判定

核动力工程 2006年第z1期27卷 68-72页

作者：曹夏昕阎昌琪孙立成孙中宁黄渭堂哈尔滨工程大学动力与核能工程学院 150001

本文对两种不同管径的竖直管内弹状流向搅混流转变界限的判定进行了实验研究。实验发现,在弹状流向搅混流转变的过程中,管内压力会随气体流量的增加出现先降低后上升的非单调性变化。通过对管内压力和摩阻变化的理论分析,并在可视化观... 详细信息

本文对两种不同管径的竖直管内弹状流向搅混流转变界限的判定进行了实验研究。实验发现,在弹状流向搅混流转变的过程中,管内压力会随气体流量的增加出现先降低后上升的非单调性变化。通过对管内压力和摩阻变化的理论分析,并在可视化观察的基础上,提出压力变化曲线的转折点即为搅混流产生的起始点。然后根据实验数据,绘出两种不同管径下的搅混流转变界限。

关键词：竖直管弹状流搅混流转变界限

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用统计方法研究未充分发展弹状流动

化学工程 2006年第1期34卷 20-23页

作者：刘诗明于志家大连理工大学化学工程研究所辽宁大连116012

在一内径19 mm、长2 m的垂直有机玻璃管内,采用自制的电导探针对未充分发展的气-液二相弹状流中的弹状气泡上升速度、液塞上升速度、弹状气泡长度和液塞长度进行了测量。得到了各自随表观气速或表观液速的变化规律。结果表明:在未充分... 详细信息

在一内径19 mm、长2 m的垂直有机玻璃管内,采用自制的电导探针对未充分发展的气-液二相弹状流中的弹状气泡上升速度、液塞上升速度、弹状气泡长度和液塞长度进行了测量。得到了各自随表观气速或表观液速的变化规律。结果表明:在未充分发展的弹状流状态下,弹状气泡的上升速度略高于液塞的上升速度:弹状气泡长度随表观气速的增大而增大,随表观液速的增大而减小。文章对弹状气泡长度进行了统计分析。未充分发展弹状流中弹状气泡长度符合正态分布律。

关键词：气液二相弹状流电导统计方法

入口角度及壁面性质对蛇形微通道内弹状流流动特性影响的格子Boltzmann模拟

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高校化学工程学报 2017年第2期31卷 323-328页

作者：周云龙常赫东北电力大学能源与动力工程学院吉林吉林132012

在Y型汇流的矩形截面蛇形微通道内,采用格子Boltzmann方法对不同壁面性质的蛇形微通道内弹状流流动进行了数值计算。首先以空气和水为工作流体对气液两相流动进行模拟研究并通过实验进行验证。通过验证实验后,模拟计算了气相速度,Y型夹... 详细信息

在Y型汇流的矩形截面蛇形微通道内,采用格子Boltzmann方法对不同壁面性质的蛇形微通道内弹状流流动进行了数值计算。首先以空气和水为工作流体对气液两相流动进行模拟研究并通过实验进行验证。通过验证实验后,模拟计算了气相速度,Y型夹角和壁面性质对气泡长度的影响,以及Y型夹角对微通道内弹状流压降和流动阻力的影响;探讨了粗糙度与壁面润湿性对流动阻力的影响;同时,针对蛇形微通道弯管部分,分析了角度和壁面性质对弹状流流动的影响。通过计算,发现当壁面接触角及Y型夹角为90?时,气泡长度最大;当直微通道为亲水性光滑壁面,回转弯道为粗糙度较大的疏水壁面时,Po数较小。

关键词：蛇形微通道弹状流数值模拟微流体学