[01456654]阀门开闭过程对油水环状流稳定性的影响机理

油水环状流主要应用于稠油的长距离管道输送方面,可以很好的解决稠油因为粘度过大而产生的流动性差、输送过程中压降过大的问题,且投入小、效果明显,但稳定性较差,在管道输送过程中通过阀门后易产生漩涡、射流等现象,使流型遭到破坏,严重影响输送效率。因此,本研究对油水环状流通过不同的阀门开度的流动规律展开研究,为稠油的稳定输送提供理论依据。本研究主要研究对象是油水环状流,通过数值模拟和实验研究相结合的方法探究其通过不同开度的阀门时所受到的扰动,对模拟结果进行分析,总结了油水环状流通过不同开度的阀门后管道内部流动参数的变化规律。具体内容如下：（1）基于VOF多相流模型耦合Level Set算法和标准 湍流模型建立了油水环状流数值模型,针对阀门开度对油水环状流的影响进行了瞬态和动态数值模拟,得到不同开度下的流动变化情况;（2）搭建油水环状流实验平台进行了实验研究,利用高速摄像机拍摄流型,同时获得了不同开度下阀门前后的压力差和流量变化数据,与模拟结果进行比较,发现误差在允许范围内,验证了数值模拟的准确性;（3）分别分析了不同阀门开度和不同流速对油水环状流的流动特性产生的影响,发现阀门开度30%时对管道冲蚀最严重,漩涡最强烈;总结了油水环状流通过阀门时的流动演化规律,发现阀门开度达到40%以前,随着开度增加漩涡逐渐靠近阀芯,而在40%以后,漩涡则开始远离阀芯;（4）对不同开度下截面上油相体积分数的变化规律进行分析发现在阀门开度30%时油相体积分数达到最大;对不同流速下的分析发现当油相流速达到2.06m/s时,其体积分数达到最大;（5）对管道壁面的粘附情况进行了分析,发现油相流速在1.2m/s时最容易粘附,且粘度越大越容易粘附在壁面上,而增大流速会降低粘度对粘壁的影响。（6）对油水环状流的动态模拟发现,增大阀门开启速度,有利于改善阀后流场。（7）基于关阀转速对阀前后流场中的相含率分布、速度分布、压力分布、水击压的影响规律进行研究。模拟结果表明, 阀开度小于30%时,油水环状流的维稳性较好。急速关阀的水击压强最大。在环状流流动实验中,应尽量延长关阀时间,以减少水击现象产生带来的有害现象,有效提高油水环状流关阀过程中的维稳特性。