分岔管路内油水两相流动的探究.pdfVIP

第二十届全国水动力学研讨会文集 分岔管路内油水两相流动的研究+ 王立洋郭军张军唐驰郑之初 (中国科学院力学研究所．北京1000}，0) 摘要分岔营路大量存在于石油行业的输送营弼口，岫水两相流在分掂曹路内的流动特性将对 流程控制 动力匹配及下游处理设施产生显著的影响。对分岔管路内的曲水两相流动进行j er_Stoke 宴验研究，采用不可压缩Navl s方程结合最流体模型和混台kF模型对分岔暂路内 的j密水两相流动进行7数值模拟，获得7捌步的结果。计算表明，数值摸_}_=c能够较好地反映 分岔昔路内的油水两相流动，为工程设tf提供鲁考． 关键词。分岔管路，两相流动，油水分高，数值模拟 引言 油田的输送符阐巾存在着人鼙的分甜箭路(幽1)．当油 水淀台物经过这些分岔管路时，通常F游嚣盘管中的流鲑会 产生币均匀分配，浊水比倒也笺发生娈化，印_【J1=分岔处流姑 和油水两相会发生曩新分配现象，这对F游的流程控制、动 力匹配和处理设施造成，显著的影响。此外，随着石油开来 逐渐由陆地转向海洋，研制适台海上平台使川的高融、紧凑捌 分离器成为海洋I。fg研究的热点Il”。近年来．有学者”4皖出利 川年阿分岔萤路内的备栩重新分配现象达到多相分离的目 的，这对r减小分离器体积、降低平台建造成_木等方面具有 蘸耍的意义， 牲天然气管网中气体／凝析液经过分岔管路时会小现不均匀分配的现象，并进{了了相芙的室内 宜验．作者认为决定2t、液相进入支管的冈豪有『{降、渡相惯龄、入【]流掣和1分岔管路}疗儿 {町形状等。门此咀历．学青H ”’在管干争为50mm的分岔管路内述{j了空气水两柑流动实验，研究了入口流犁对相分配的影 响，井提出，^口为分层流和卅、状流时的砸删槿’弘。与入口含渡率慨j：006时，Hart等人071 第二十届全国水动力学研讨会文集 提出了。双流线模型”，对水平布置分岔管路内的气一液相分配进行计算．预测结果与实验数 据符合良好。Adeehy等人[81利用数值模拟技术，对垂直布置分岔管路内的空气一水环状流动进 行了研究，采用薄边界层理论来处理液膜区，管路中心认为是均匀的气／液混合物．在一定范 围内计算得到的相分配结果与实验值比较吻合。2006年．Yang等人[91在垂直布置的分岔管路 内对油水两相流进行了实验，当入口为分层流型时分岔管路可以对油水两相进行较好的分离， 而在弥散流时分离效果会急剧下降，即分离效果对入口流型非常敏感，这是有关分岔管路内 ol还对水平布置的分岔管路进行了实验研究，发 油水两相流动的首次报道．同年，Yang等人fI 现此时分岔管路对油水两相几乎没有分离效果。 虽然20世纪20年代即有学者开始关注分岔管路内的单相流动，然而直至目前多相流领 域仍主要集中于单管中流型转换、各相含率、压降损失和动力响应等参数的研究。而对石油、 化工、核能行业中大量出现的分岔管路等复杂结构物中的多相流研究却非常有限。因此，结 合数值模拟和模型实验两种方法，对分岔管路内的油水两相流动进行研究。 2数值模拟 近年来。数值模拟技术已经越来越广泛地应用丁多相流研究领域。Ghorai等人…J对水平 管路内的气液波状分层流型进行了数值模拟，计算得到的剪切应力分布和速度剖面图与实验 结果符合良好。Taha等人ll 2J采用VOF模型，对垂直管路内的Taylor气泡进行了计算，发现段 塞的形状、速度、速度场分布等均与实验比较吻合。周永等人【I驯对直管和螺旋管内的油水两 相流动进行了计算，较好地模拟了油水两相在重力和离心力作用下的分离现象。多相流模型 主要包括混合模型和双流体模型，其中双流体模型对各相单独求解连续性方程和动量方程， 通过压力和相间交换系数进行耦合。从而可以获得各相的流动信息。因此，本研究拟采用双 流体模型，对分岔管路内的油水两相流动进行计算和分析。 2．1连续性方程 根据质量守恒定律。得到 言o。见)+V·(吒nz)=。 c-， ∑吼=1