倾斜管内油水两相流数值模拟.pdf

《倾斜管内油水两相流数值模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、北京石油化工学院学报第23卷第4期Vo1．23NO．4JournalofBeijingInstituteof2015年12月Dec．2015Petro—chemicalTechnology倾斜管内油水两相流数值模拟孙皓，王殿学。，郭大成，马焱。，李妍(1．中国石油辽河油田油气集输公司，辽宁盘锦124010；2．中国石油天然气股份有限公司管道分公司，河北廊坊065000；3．中国石油天然气股份有限公司管道分公司锦州公司，辽宁锦州121000；4．中国石油辽河油田沈阳采油厂，辽宁盘锦12401O)摘

2、要：倾斜管内的油水两相流流动是油田地面集输管道内最常遇到的流动现象。采用VOF在不同含水率和混合流速条件下对不同角度的倾斜管内的油水两相流进行数值模拟。通过计算可知，管内流型受管道倾斜角度影响。倾斜管内的油水两相流压降与含水率和流体混合流动速度有关，倾斜管内流体压降随含水率的增大而减小，随流体混合流动速度增大而增大。倾斜管压降计算公式对高含水期的油水两相流压降规律预测同样适用。关键词：数值模拟；油水两相流；流型；压降中图分类号：TE832文献标志码：A随着我国经济飞速发展，管道运输已成为的获得油

3、水乳状液表观黏度计算方法并提出识油田原油的主要运输方式。近些年由于人们对别相转变判别式和计算摩阻方法。2001年石油产品的需求量增大，且大部分油田已进入陈杰对白油和水进行乳化，采用注水探针及多开发后期，为了确保油田的原油产量稳定，注水点极环形针对水平管中的两相流流型进行探开采是目前最常用的一种开采方法。因此，在测。实验过程中观察到7种流型【l，同时进一油田原油输送管线中都会遇到油水混合流动现步地改进了压降模型。中国特种没备检测研究院李国美利用计算流体力学对管道中常遇到象。20世纪中期，人们发现向

4、稠油中加入水可的弯管、三通等特殊形状管道的内腐蚀进行仿以降低管道运行中的能量损失，于是人们开始真模拟。他将模拟结果与现场数据相结合建进入油水两相流研究阶段[=1]。2O世纪6O～70内腐蚀数据库，为人们深入理解内腐蚀成因提年代，Charles发现将40～60的水掺人原供了依据，避免了以前人们单纯凭经验的盲目油中，管线的沿程摩阻仅为原油输送管线的1／检测，有效提高工作效率。10{】。Govier等r3】研究了油水混合物流动在油水两相流在管道中由于受温度、管道形垂直上升管中流型特征。Ariracha

5、karan等在状等参数影响会产生不同的流型，流型的变化直径为25．1mm的水平管中观察到了5种流会导致管路中压力梯度的变化。在管道设计过型。M．Nadler和D．Mewes等通过研究水程中，人们通常根据流体流过管道产生的压降平管内两相流的流型，发现当原油中含水量最选泵和设计管道进口压力，并且依据管道压力大时，对应的流体产生的压降值最大，并得出了分布情况对管道的结构、强度进行设计。因此流型关系式。Trallero和Bill【57结合前人研究掌握油水两相流的流动特性，识别不同工况下成果，将水平管中的

6、油水两相流的流型进行了油水两相流的流型，分析管道中的压力变化规初步划分。2O世纪90年代，蔡继勇分别对油律对确保实际生产过程中原油管道的安全平稳包水和水包油的油水乳状液进行实验研究，目运行具有极其重要意义。收稿Et期：201412281模型建立作者简介：孙皓(1988)，女，硕士，助理工程师，研究方向为油气水多相流，E—mail：1250814510@qq．COIn。模拟倾斜管管道，管道几何计算模型如图第4期孙皓等．倾斜管内油水两相流数值模拟41l所示。Pa·S；、p，为时均速度，m／s；k为湍

7、流动能，J；e为湍流耗散率，w／m。；P为流体密度，kg／m。；和分别为k方程和e方程的湍流Prandtl数；t为时间，S；、_z，为空间坐标；C1一1．44，C2一1．92，C3￡一1，C一0．09，均为图1管道几何计算模型经验常数。多相管流压力梯度方程：油水两相流的混合物温度稳定在20℃，不dP—Pgsin+厂2+dv(6)考虑液体间的可压缩性，考虑重力对管中流体的影响，大小为9．8m／s。实验流速为0．1～式中，p为流体密度，kg／m。；为流速，m／s；0．8m／s，油品含水率为1O～90

8、。管径为为深度，m；P为压力，Pa；g为重力加速度，25．4mm，长度为30rn。实验管道长度与管径9．81m／s；为斜角，(。)；f为摩阻系数；D为之比达到1000倍以上，管内流体流型能得到充管子内径，In。式中包括：因举高而克服重力所分发展。需的压力势能、流体沿管路的摩阻损失和流体1．2数学模型因加速度而增加的动能。流体流动遵循质量守恒、能量守恒、动量守恒三大定律。2数值计算与结果分析质量守恒方程：2．1网格无关性验证(Pm)+·(Pm“m)一(1)采用四边形网格对圆形倾斜管进行区域网格划分