聚合物在低剪切流量控制阀内的流态判别与数值模拟.pdfVIP

2014年7月 魏新晨等．聚合物在低剪切流量控制阀内的流态判别与数值模拟 聚合物在低剪切流量控制阀内的 流态判别与数值模拟 魏新晨，马艳洁 (中国石化胜利油田分公司采油工艺研究院，山东东营257000) [摘 要] 通过流变性实验，认为聚合物溶液符合非牛顿流体幂率模式，建立了非牛顿流体 在环形空间内的流态判别模型。运用FLUENT软件进行数值模拟，研究了聚合物溶液在低剪切流 量控制阀内的流动规律和不同配注量下产生的节流压差。结果表明，低剪切流量控制阀具有较好 的节流作用，产生的节流压差能够满足扩张式封隔器的坐封条件。实验数据表明，流量在 33—62 m ／d间的节流压差达到5．98MPa，黏度保留率达到90％以上。 [关键词] 低剪切流量控制阀 聚合物 流态判别 节流压差 黏度保留率 在双管注聚过程中，为减少聚合物溶液的黏 为稠度系数，Pa·s“；n为流性指数。同时，拟合 度损失，研制出低剪切流量控制阀…。聚合物溶 得出K=0．1378Pa·s，=0．5603。 液在阀内流动时，聚合物分子链始终处于拉长、收 2 流态判别模型的建立 缩的变形中，消耗在这个过程中的能量形成节流 流体在同心环形空间内任意位置 处的黏度 压差-2J。聚合物分子链变形的同时又不断恢复， 为E ： 能够降低黏度损失。聚合物溶液每流过低剪切流 量控制阀内的一个降压槽，过流面积从小到大变 叼= =研 = 化一次，流速从高到低变化一次，流态及流场分布 也相应产生一次变化。为研究这个变化规律，笔 者对低剪切流量控制阀进行数值模拟。 1 流体性质 式中，叼为表观黏反，Pa。s；为流速 ，m／s；DI和 注聚溶液属于黏弹性的非牛顿流体。对注聚 D 分别为环空的内径和外径，m。 采用的聚合物溶液进行流变性实验，分别测得不 剪切速率为： 同剪切速率对应的剪切应力值(7，)，(：，：)， … ： 百 — __『 (3) ， ( ，T)，结果如图1所示。 ＼ 2 ／ 剪切速率沿环空半径方向变化曲线所包含的 帕 △一 面积(S，m)为： ＼ s=．『：7 = (4) 密 平均剪切速率： = D D = 1D D ㈤ ，一 1 n + ，一 ， 、’ 剪切速率／s 图1 流变性实验结果 通过对实验数据进行拟合分析，认为聚合物 溶液符合非牛顿流体幂律模式，本构方程为 ： = 脚 (1) 收稿 日期：2o14—05—14。 作者简介：魏