穹窿管内油水两相流流动特性研究

【摘要】：本文主要针对穹窿管内油水两相流流动特性问题,首先进行了数值模拟,初步认识穹窿管内的油水两相流,然后设计了阵列电导探针测量和平行弦丝电导探针测量相结合的方法来检测穹窿管中油水两相流流型和相含率,对弦丝探针电导信号进行了统计分析,采用非线性分析方法研究了穹窿管内油水两相流的流动特性,并提取了穹窿管内不同位置处的含水率,得到以下结论: 1.采用CFD方法对穹窿管内油水两相流中分层流和分散流进行了数值模拟。结果表明,对于穹窿管内的分层流,在穹窿管的上升段油相堆积,持水率较小,在穹窿管的下降段水相堆积,持水率较大,穹窿管的顶部为持水率由小到大的过渡阶段;对于穹窿管内的分散流,在穹窿管内各处都是分散的,当含水率小于20%或大于80%时,可以观察到较为清晰的油泡边界或水泡边界,即分散流的瞬态数值模拟效果较好。 2.进行了穹窿管内油水两相流动态实验,对于管内油水两相流不同流型,弦丝探针输出信号波形呈现出不同的特点,从而依据各弦丝探针信号波动特征,实现了对油水两相流流型的有效辨识。通过实验观察和弦丝探针信号分析,可以清晰的说明穹窿管内油水两相流的流动特点和CFD瞬态数值模拟结果较为一致,表明CFD方法是可靠的,有助于对油水两相流流动过程的研究,也证明了弦丝探针敏感于油水两相流流动的变化,可用于油水两相流的研究中。 3.采用混沌吸引子形态描述的方法对穹窿管内油水两相流进行了研究,对不同流型的吸引子形态进行了描述,应用二维吸引子形态特征量对油水两相流流型进行了分类,结果表明,利用二维特征量能够较好的将各种流型区分开。 4.基于穹窿管内油水两相流弦丝探针测量结果,总结了提取油水两相流持水率的方法,并提取了管内不同位置持水率,从另一侧面反映了穹窿管内油水两相流的流动特性。