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泡沫流体管流流动与传热的耦合规律研究

周阴国  
【摘要】: 泡沫流体为可压缩性流体,在管流流动的过程中,其密度、表观粘度等物性参数随着压力和温度而变化,反过来,物性的变化又会影响到压力和温度的分布,使得泡沫在流动过程中,呈现出可压缩、变密度、变流变指数等特点,这是一个耦合的非线性问题。关于这个问题的研究,对完善泡沫管流流动特性的研究和充实非牛顿流体力学有着重要意义。本文首先从变参数幂率流体在平板间的粘性发热问题着手,依据力平衡方程,能量平衡方程,用有限差分对方程进行离散,用追赶法求解幂率流体在平板间的速度与温度分布,并与理论求解的结果进行对比,结果是相符的,证明了有限差分方法解决耦合问题的可行性,收敛性。 然后结合泡沫流体的相关性质,确定合适的流变模型,利用张量数学有关知识,实现连续性方程,动量方程,能量方程在笛卡尔坐标系和柱坐标系之间的转换,按照由简入繁,先易后难的原则,进行编程计算,研究了泡沫流体在圆管,环空,内管运动环空,简化井筒内的流动与传热的耦合规律;在各种情形中,根据实际情况赋初值,对稠度系数,幂率指数,导热系数三个变参数的影响因子从少到多逐项进行探讨,证明了在有压力梯度,壁面恒温,或者与地层存在热量交换的情况下,速度,温度、井筒中密度、井筒中压力等的变化规律,及在多变量存在的情况下,对物性的主要的影响因素。 编制了泡沫洗井的计算机程序,可以预测井筒泡沫的压力密度和泡沫特征值,并得出现场施工所需要的循环点深度,氮气排量,泡沫基液排量,泡沫密度。平衡时井筒注入压力,为泡沫洗井施工提供依据


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