CO_2驱采出液分离器内构件分离特性数值模拟北大核心

CO_2驱采出液中含有大量CO_2气体,在气液分离过程中易产生泡沫,通过对卧式分离器内部导流板和消泡板的分离特性进行数值模拟,探讨其内部构件对CO_2驱采出液分离效果的影响。拟合分离器运行工况下采出液的物性参数,采用CFD中的多相流混合模型,对分离器中导流板的4种放置角度(15°、30°、45°、60°)进行数值模拟,结果表明:导流板放置角度越大,对气液分离的影响越有利,但影响逐渐减弱,在综合考虑导流板使用稳定性及寿命的情况下,选取导流板最优放置角度为45°;采用群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)与CFD多相流模型相互耦合,对分离器中放置的1~3个消泡板进行数值模拟,结果表明:分离器内消泡板数量越多,其消泡效率越强,该研究结果为设计更高效CO_2驱采出液的分离器提供了一定依据。     

高含CO_2的多相流体系节流效应模型

CO_2驱采油过程中,为了保证集输管道的安全运行,必须准确预测其井口节流特性,以防止节流后管道发生冰堵。基于BWRS状态方程、相平衡原理及热平衡方程,提出适于高含CO_2的多相流节流效应模型。该模型在低压(5 MPa以下)范围内具有较高的精确度,计算结果与Aspen HYSYS软件计算结果对比,误差范围为±1%。研究表明:在模型适用范围内,CO_2多相流体系含CH_4、N_2、H_2这3种杂质均提高了CO_2-H_2O多相流体系节流后的温度,其中H_2对节流后温度的提升最大。节流温降随气液比的增大而增大,当气液比低于10时,气液比变化对节流后温度的影响较明显。研究结果对CO_2驱油井采出流体节流安全控制与管道冻堵防治具有指导意义。     

离心式气液分离器流场的全三维数值模拟

针对适用于高密度、高粘度钻井液气液分离系统二级分离的离心式气液分离器,运用CFD商业软件对其进行了全三维数值模拟,通过选取适当的数学物理模型得出了分离器内部气液两相流的运动情况和分布状况,探讨了分离器内的局部流场情况,指出了原模型的一些不足,提出了改进后的分离器模型。     

离心式气液分离器流场的全三维数值模拟

针对适用于高密度、高粘度钻井液气液分离系统二级分离的离心式气液分离器,运用 CFD 商业软件对其进行了全三维数值模拟,通过选取适当的数学物理模型得出了分离器内部气液两相流的运动情况和分布状况,探讨了分离器内的局部流场情况,指出了原模型的一些不足,提出了改进后的分离器模型。     

气液两相流管束分离器数值模拟与实验验证

由于气液两相流分流分相法计量分离器存在结构复杂、液位难稳定等特点,设计加工了一种新型气液两相流管束分离器,通过数值模拟得到不同气、液相折算速度及不同流型入口条件对管束分离器分离效果的影响,并进行实验验证,对分离器的工作性能进行评估。结果表明:在分层流、段塞流、环状流流型条件下,分离器内气液分离效果较好,且分离器内气液相界面保持稳定,维持在分离器中部。实验验证可知:当气相流量在50~1 500 L/min、液相流量在50~2 400 kg/h范围内时,分离器内气液相界面保持稳定,分离误差均在±2.5%以内,计量效果良好,与模拟结果吻合。设计的管束分离器结构简单、工作液位稳定,为两相流分流分相法计量分离器的设计提供了技术支持。     

斜板式气液分离器流场的数值模拟

基于计算流体动力学(CFD)方法,应用ANSYS-CFX软件,分别应用标准k-ε模型和RNGk-ε模型,对斜板式气液分离器内部流场进行数值模拟计算,得到了在两种湍流模型下的分离器内部流场速度矢量分布规律、气体体积分数分布规律以及流体轨迹规律。对比两种湍流模型的分析结果表明:在流体流动快速畸变时,RNGk-ε模型的ε方程中增加的附加生成项会迅速增大,由此改善了对旋转流、浮力流等较复杂湍流的预报能力;与标准k-ε模型相对比,RNGk-ε模型更能合理地模拟斜板式气液分离器的内部流场分布。     

大管径高压力气液两相管流流型转变数值模拟

流型判别是气液两相流研究的重要内容.应用适用于工业设计中大管径、高压力管道的多相流瞬态模拟软件OLGA,以空气-水为介质,对倾角为-70°～90°、内径为200 mm、压力为2.0 MPa的气液两相管流进行数值模拟,通过变换不同的气液相流量和管道倾角,研究管道内气液两相流体流型的变化.根据数值模拟所得到的1 628组数据,结合流体物性和管道倾角,回归建立了不同流型转变的判别准则经验相关式,为现场大管径、高压力气液两相流管道的流型判别提供了参考依据.     

臭氧流化床反应器的模拟与优化

臭氧流化床反应器是一种结构简单、制造成本低、维护操作方便和运行能耗低的多相流反应器.为找到臭氧流化床反应器在水处理中能更好发挥其优势的参数,首先基于物理模型试验和计算流体动力学搭建了气流内循环式反应器的研究模型,并将试验数据与数值模拟结果进行对比,结果发现数值模拟很好地给出了臭氧流化床的内部流体流态特征.再基于数值模拟,对该臭氧流化床内部流场进行数值模拟分析,并进一步研究高径比、底部斜板角度、臭氧输入速度等参数的影响,结果发现在高径比3、底部斜板角度为45°、臭氧输入速度为0.05 m/s时,臭氧流化床模型最能体现出其优秀的水处理能力和高效的经济效益,使污水处理技术更加高效和环保.通过创建模型并进行数值模拟分析这种方法能够较准确地找到使臭氧流化床反应器发挥出其较好的处理能力的参数.     

基于CFD的密闭式半阶梯笼养蛋种鸡舍过渡性通风研究

针对密闭式半阶梯笼养蛋种鸡舍春秋季节的过渡性通风方式,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术,根据鸡舍实测值所确定的风机、侧窗等边界条件,对该蛋种鸡舍内的环境温度和气流速度的分布进行三维数值模拟。模拟时设置白天室外环境温度为25℃,晚上室外环境温度为13℃,2种温度下分别设置多个侧窗导流板角度。模拟结果表明:侧窗导流板与壁面的倾角明显影响了鸡舍内速度场和温度场的均匀性,白天导流板开启角度α=67.5°,晚上导流板开启角度α=45°时更加合理。通过鸡舍现场采集关键位置的风速和温度数据与仿真结果比较发现,风速测试值与模拟值相对误差白天平均为14.7%,晚上平均为11.5%;温度测试值与模拟值相对误差白天平均为3.1%,晚上平均为3.6%;表明数值模拟与现场实测有较好的吻合度,为密闭式半阶梯笼养蛋种鸡舍过渡性通风方式下的环境控制提供理论依据和指导。     

水下分离器入口预分离构件的数值模拟

为了考察水下分离器入口预分离构件在高气液比工况下的分离效果,利用流体动力学软件FLUENT对其进行数值模拟.针对水下分离器3种长径比和3种入口倾角,建立了9个入口预分离构件的物理模型,通过模拟计算得到了各模型内部速度分布云图、速度曲线图及液滴分离效率图,并进行对比分析.结果表明:不同长径比和入口倾角对入口预分离构件内部流场的影响程度不同,长径比为4∶1、入口倾角为0°的入口构件内部流场最稳定,气液分离效果最好.(图6,参6)     

新型卧式组合分离器的数值计算

以中国石油设计公司西南分院设计的新型卧式组合分离器为研究对象,采用基于Euler方法描述的气、液两相流体的漂移流动模型模拟分离器内部的两相分离,针对其分离元件的最优组合工况,基于CFD方法,对其内部的气、液两相流动进行数值计算,分析了气液分离过程和分离效率,并将结果与试验结果进行对比.结果表明：该新型组合式分离器分离效率较高,能有效脱除天然气中的液相成分,同时针对积水槽、排液管及积液高度控制提出了优化建议.（表1,图6,参5）     

基于CFD的新型密集烤房结构优化研究

为改进和优化新型密集烤房结构,基于计算流体力学(CFD)方法建立密集烤房的物理模型,根据现场实测数据确定边界条件和模型参数,对不同数量回风孔、不同角度导流板以及不同位置出风口模型的气流速度场进行三维数值模拟分析,并利用实测数据对模拟结果予以验证。研究表明:(1)回风孔数量的增加可以显著增加烤房内部气流的平均速度,能有效改善烤房内部的通风效果;(2)当导流板与竖直方向夹角为15°时,烤房内部气流分布均匀性最好;(3)出风口在烤房顶部比在底部的烤房内部气流的平均速度高;(4)10个测量点的气流速度测试值与模拟值基本吻合,相对误差一般小于8%,证明上述仿真结果是可靠的。根据研究结果,提出新型密集烤房结构优化建议:在烤房中设置48个回风孔、与竖直方向夹角为15°的导流板以及在烤房顶部设置出风口。     

CO_2气肥增施对微型植物工厂流场影响的数值模拟与验证

为提高微型植物工厂CO_2气肥增施性能,以CO_2气肥增施为研究对象,保持培养箱适宜光照强度不变,采用计算流体力学(CFD)技术,选用多孔介质模型、组分传输模型,针对气肥增施量和增施高度等因素对CO_2增施性能进行三维数值模拟。结果表明,气肥增施过程对生长区的温度场影响较大,合理布置风机和气肥增施口可以有效避免CO_2的沉积效应,气肥增施最适位置为侧壁距培养箱底面高0. 5 m处,最佳喷施时间为26 s,此时内部CO_2质量分数均匀,且生长区CO_2质量分数平均值为0. 125%。CO_2质量分数模拟值与实测值偏差保持在8. 4%以下,模拟结果与试验结果较吻合,验证了模型的准确性。间歇增施CO_2试验组和持续增施CO_2对照组马拉巴栗叶面积、株高均得到明显提高,且试验组高于对照组,增幅分别为10. 79%、7. 47%。     

戽流消能水力特性三维数值模拟研究

为研究戽流消能的机理,以某水库工程消能工为基础,采用RNG k-ε紊流模型和VOF多相流模型对比研究了底流消能与戽流消能时的流场差异。研究结果表明:戽流消能主要通过消力池表面漩滚和消力池前的竖向漩滚,加剧了水流的紊动掺气碰撞,从而增大消能效果;相较于底流消能,戽流消能出池流速流态更为均匀,能减轻下游河床冲刷,可为设计提供参考。     

阶梯笼雏鸡舍热水散热风机进风角度CFD模拟与效果测试分析

为研究热水散热风机供暖系统进风角度对阶梯笼雏鸡舍供暖效果的影响,利用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)模拟不同进风角度(30°、37.5°、45°和60°)下鸡舍气流场和温度场变化,并通过现场试验验证模型.结果表明,与其他进风角度比,进风角度45°时鸡笼内温度分布与气流场分...     

直流式气液旋流分离器高效数值求解算法

为了克服直流式气液旋流分离器数值计算过程中收敛速度较慢、健壮性较差的问题,急需引入高效稳定的数值求解算法。首先建立了直流式气液旋流分离器的物理数学模型,然后分别采用SIMPLE、SIMPLEC和IDEAL 3种压力速度耦合算法对旋流器进行数值求解,比较了3种算法的计算效率和健壮性。数值计算结果表明:在不同网格数量、入口速度和湍流模型下,IDEAL算法的收敛性和健壮性均优于传统的SIMPLE和SIMPLEC算法,因此建议在旋流器数值计算中采用高效稳定的IDEAL算法。研究结果为后续旋流器内气液两相复杂流动特性的研究及分离性能的预测奠定了基础。     

直流式气液旋流分离器高效数值求解算法北大核心

为了克服直流式气液旋流分离器数值计算过程中收敛速度较慢、健壮性较差的问题,急需引入高效稳定的数值求解算法。首先建立了直流式气液旋流分离器的物理数学模型,然后分别采用SIMPLE、SIMPLEC和IDEAL 3种压力速度耦合算法对旋流器进行数值求解,比较了3种算法的计算效率和健壮性。数值计算结果表明:在不同网格数量、入口速度和湍流模型下,IDEAL算法的收敛性和健壮性均优于传统的SIMPLE和SIMPLEC算法,因此建议在旋流器数值计算中采用高效稳定的IDEAL算法。研究结果为后续旋流器内气液两相复杂流动特性的研究及分离性能的预测奠定了基础。     

多相流动对X70钢腐蚀行为的影响

采用真实环道和自制试验装置,模拟起伏管路多相流动条件下X70钢的CO_2腐蚀问题。通过电子显微镜、腐蚀挂片等对挂片表面形貌、腐蚀速率情况进行分析,试验研究了多相流动状态对X70钢CO_2腐蚀速率的影响。结果表明:随着气液比由低到高,管内流型由满管流到段塞流再到弥散流发展,挂片均匀腐蚀速率先是缓慢升高,在段塞流时达到最高值,随着流型由段塞流向弥散流转变,挂片表面均匀腐蚀速率逐渐减小;挂片局部腐蚀不断加强,在弥散流状态下,由于空泡腐蚀的存在,挂片局部腐蚀得到了最大程度的发展。(图7,表4,参10)     

矩形斜板湿法除尘塔气液两相流数值模拟

以自主研制的矩形斜板湿法除尘塔为物理模型,采用CFD(计算流体力学)软件Fluent对塔内三维气液两相的流场进行了数值模拟.计算中气相采用标准k-ε湍流模型,液相采用拉格朗日离散相模型,液滴的壁面行为采用壁面液膜模型.结果表明:矩形斜板除尘塔能有效地增大气液接触面积,增强气液扰动,延长气体在塔内的停留时间;在塔体的进口区域会出现烟气冲壁和液滴冲壁的现象;在进气管一侧的塔体顶部会出现流动死区;喷淋液体对气场有一定的整流作用,在喷嘴处可以观察到气体卷吸的现象;增大进口烟速,可增大液滴在塔内的充满度,但同时会出现液滴夹带的现象.最后,在不同气速,不同的液气比下对塔内的压力损失进行了实验验证,实验值与模拟值吻合较好.     

基于Fluent的工厂化水产养殖增氧锥的数值模拟及结构优化设计

利用Fluent软件中的Mixture模型和标准湍流模型对设计的不同结构增氧锥内部流场进行了数值模拟,得到了流场内部多相流的速度分布云图及速度矢量图,揭示了不同结构增氧锥气液接触起点处管内流体的流动状态.通过对增氧锥模拟数据的分析,得出氧气进气管布置在增氧锥锥顶竖直进水管的中下部最为合适,并通过增氧试验验证,证实仿真结果与试验结果吻合.