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《幂律流体在偏心环空中流动的数值计算方法new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、大庆石油学院学报梦乖门卷第氏期年月盟幂律流体在偏心环空中流动①②的数值计算方法③‘,‘,杨树人张景富陈家琅申家年,安达,,安,。。大庆石油学院石油工程系大庆石油学院石油勘探系达摘要针对水平井中钻井液的流动特点,引入了紊流棋式,建立了描述幕律流体在偏心环空中流动的基本方程提出了求解幕律流体流动方程的种新方法迭代,欧拉法计算了液体流动、,—的速度分布流量及压降找出了影响流场速度分布的主要因家并将压力梯度的计算值与实验结果进行了,环空的偏心度及流动状态对速度分布的影响最为明显该方法不仅适合于幕律流体层比较结果表明流流动的计算,而且适合于幕律流体紊流流动以及其它流变模式流体流
2、动的计算主题词幕律流体偏心环空层流紊流,数值计算中图法分类号前言研究钻井液、完井液在水平井井眼内偏心环空中的流动,对提高钻井速度和固井质量有着十分重要的意义。近年来,国内外许多学者对非牛顿流体在偏心环空中的流动进行了〔‘一,。,许多探索叹但多以层流为研究对象而且做了简化为此作者提出了求解此类间题的,、,种新方法并用该方法计算了流场的速度分布压降和流量分析了影响流动的各种因素。计算结果表明,这种方法完全适合于工程实际应用。基本方程,用圆柱坐标系来描述幂律流体在偏心环空中的流动时其速度场可表示为,。,二,,幂律流体在层流或紊流状态下流动时其粘性应力与速度梯度的关系式为·十
3、尸、忆一佘‘·一一佘,,。式中尸为紊流附加应力层流时其值为零由此可得流动的基本方程为一一一一①收稿日期。改定日期”。审稿人岳湘安“”②国家八五重点科技攻关项目,,。。⑧此文联系人杨树人男年生年毕业于哈尔滨船舶工程学院船舶工程系硕士讲师科研方向计算流体力学©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net大庆石油学院学报第卷年架二,一一。·、··一一十一冲佘一凡。式中巾为轴向压力梯度为任意角度上速度极值点的径向坐标紊流模式及方程的解法,
4、。。为了求解上述方程应首先确定紊流模式文中采用模式来计算紊流附加,应力则流场中应力与速度梯度的关系式为一专不式中专为流场的视粘度。则流动方程可写成如下形式赞璐一中叨了式可改写为差分形式,△巾,二一,,,式即为著名的欧拉折线积分公式用它并不能直接求解速度分布为此作者把迭代的概念引入欧拉折线积分公式,将其改进为迭代欧拉法。其最终的差分公式为“‘△衅材一广码一弓中公,。。,式中为夕的迭代次数速度分布和视粘度可由假设的速度分布迭代而来同理也可以由假定值及边界条件迭代出来。计算结果及其分析层流和紊流状态下的速度分布,在钻井和固井过程中人们最为关心的个参数就是偏心环空中窄间隙处与
5、宽间隙。,,处的速度比如果这个比值太小则表明部分岩屑或泥浆会滞留在窄间隙处从而会导致卡钻或降低固井质量。作者对层流状态下环空中各角度上的极值速度与整个环空中最大,。,、。速度之比进行了计算其结果见图从中看出偏心度对窄宽边速度比有很大的影。,,。,,响越大速度比登值越小反之亦然因此为了提高钻井速度和固井质量应采取措,。,￡,施尽量减小偏心度图与图比较尽管偏心度对速度比泞的影响趋势相同但其窄、。这,宽边速度比明显大于层流状态下的速度比是因为紊流具有的脉动特性致使过流,,断面上各点的速度趋于平均而造成的从而表明在携带岩屑和顶替泥浆方面紊流流动优于层流流动。计算结果的实验验证
6、,,为了验证运用迭代欧拉法对幂律流体在偏心环空流动进行计算的准确性首先将层,见。,流流动中时压力梯度的计算值与实验结果进行比较图从图中可以看出计算值与实验结果吻合较好。表明运用迭代欧拉法对幂律流体层流流动的计算具有较高的精度。,见。,再将紊流流动时压力梯度的计算值同实验结果进行比较图从图中看出计算值与©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第期杨树人等幕律流体在偏心环空中流动的数值计算方法月一‘含侧赶二口助月图七︺、尸工七﹃
7、月、一告‘’层流状态下的速度比图紊流状态下的速度比实,,验结果之间有一定的误差但仍在允许的范围之内表明迭代欧拉法可以用于工程实际中紊流流动的计算。护,月二一‘二么心、日。卜二二。曰︸吕几﹄沪凡,。⋯己蔑、凡凡祖护凡‘口实脸位厂,计算位实脸位—火什算位火,一—。。。湘一图层流状态下压力梯度的计算值与图紊流状态下压力梯度的计算值与实验结果的比较实验结果的比较结论迭代欧拉法对计算幂律流体在偏心环空中的层流和紊流流动都是适用的,计算值与实验结果吻合较好。,,在考虑携屑及顶替泥浆方面的影响因素时应把偏心度放在首位其次为流动状态。参考文献岳湘安,陈家琅幕律流体在
