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《油藏数值模拟》两相渗流数值模拟

《油藏数值模拟》两相渗流数值模拟

(22)
中国石油大学（北京）油藏数值模拟研究中心
第2节 二维两相渗流差分方程建立
二、控制方程左端项差分化
上两式简记作：
c P oi，j oi，j−1 + a P oi，j oi−1，j + e P oi，j oi, j + boi, j Poi+1，j + d P oi，j1 oi，j+1
( ) =
Pc
⎟⎞ ⎠
≈
φC
f
∂Pw ∂t
(15)
将式（11）、式（14）代入式（9）得：
∂(φρoSo )
∂t
=
βo
∂Po ∂t
+
ρoφ
∂(So
∂t
)
(16)
( ) 式中：βo = ρoφSo C f + Co
将式（12）、式（15）代入式（10）得：
∂(φρwSw )
∂t
=
βw
∂Pw ∂t
+
ρ wφ
∂(Sw )
Δt n
⎟⎞ ⎟⎠
Poi，j
+ T P + T P oxi+1/ 2 oi+1，j
oyj +1 / 2 oi，j +1
( ) = Vi，j φρo
S − S n+1 oi，j
n oi，j
Δt n
− Qoi，j
− Vi，j β oi，j
Δt n
Pn oi，j
同理得水项离散后得控制方程为:
Toxi−1/ 2
将式（16）和（17）分别差分，得：
( ) ( ) βo
∂Po ∂t
+
ρoφ

模拟方法1——(一维油水两相流数值模拟)

模拟方法1——(一维油水两相流数值模拟)

KK rw KK ro 令：λw = ；λo = ；λ = λo + λw uw uo
∂ ∂P λ ⋅ + qv = 0 ∂x ∂x
λn 1
i+ 2
(4)
n +1 n +1 n +1 n +1 Pi + P P − P − 1 i i −1 − λn 1 i i− ∆xi ∆xi 2 + qvi = 0 ∆xi
(5)
China University of Geosciences, Beijing
9
三、差分方程组的建立
i=1为水注入处， 为水注入处，i=n为油或油水产出处（ 为油或油水产出处（第一个和第n个网格有源汇相， 个网格有源汇相，其余 没有） 没有）
1 2 …… i-1 i i+1 …… n-1 n
i-1/2 i+1/2
分三种情况讨论： 分三种情况讨论： （1）第2个至第n-1个网格： 网格：无注入、 无注入、也无产出： 也无产出：qv=0
n +1 n +1 n n +1 n +1 λn 1 ( Pi + − P ) − λ ( P − P 1 i 1 i i −1 ) = 0 i+ 2 i− 2
Reservoir Simulation
一维油藏数值模拟方法
刘鹏程
China University of Geosciences, Beijing
1
第一节 一维两相水驱油的数值模拟方法
特点： 特点：1、系数矩阵均为三对角 2、油水两相简单处理 川东大池干气藏， 川东大池干气藏，长20km，宽<2km，隐蔽油气藏
i=1 i=2

数值模拟方法

数值模拟方法

式中bi，j为位置(i，j)处的水底高程，i，j为自由面的高度，kmax为垂直方向上网格单元的最 大数目。本手册中其它向量也运用类似的定义。
4.2动量的半隐式格式
速度场的基本半隐式化演进可被离散到n*的解空间，类似TRIM中的方法，即得：
式中G是一显式源项向量，1表示自由水面的“隐性度”（隐性度一般的取值范围为0.5 < 1 < 1.0已在ELCOM版本1中编码，但未经全面测试）。ＥＬＣＯＭ中默认的半隐格式是对从形 式上看为时间上一阶精确的自由水面演进采用后向欧拉离散法（即1＝1）。 经证明（Casulli和Cattani，1994），求解流体静力学方程组使用的后向欧拉法可被扩展为 方程4.2和4.3的一般二层格式，从形式来看为二阶精确（当1 =1时）。然而在粗网格模拟中， 数值离散精度的增加不一定导致模型技巧的提高。通常，在对许多湖泊和河口进行模拟时，正 压模态是通过CFL条件来求解的，CFL取值可能为5到10之间或大于10。在这种情况下，半隐式 离散化或许稳定，但水流物理过程表达“准确程度”的决定因素为现研究的流态类型。截断误 差的性质对于了解该方法性能至关重要。若采用一阶方法，导程误差为二阶，且在自由水面上 产生阻尼波。若采用二阶方法，导程误差扩散，且在自由水面产生在水域上传播的数值波；通 常使得线性正压波演化为陡峭前沿涌潮，使得受地形影响的表面波产生局地高速流。因此，一 阶方法可以较好描述自由水面形态和局部正压流速，但显示出自由水面惯性响应的多余阻尼。 相比之下，二阶方法以最低的数值耗散将能量保持为表面波的形式，但对于波的形态描述较 差。在静水力学求解中，弥散波将导致贯穿水柱的人工局部加压的产生，这对于求解技术是不 利的。相比之下，表面波的多余阻尼在风速减弱的时候将导致与正压响应相关的大规模运动的 减弱（即正压模式的“震荡”是衰减的）。总体上，高强度增压系统采用后向欧拉格式模拟较 好，因为两、三个周期以前的波能通常与一阶的物理过程不相关。 采用二层隐式离散化（Casulli和Cheng， 1992）或其它显式离散化技术，矩阵A可以表示

UDEC_数值模拟（入门学习）

UDEC_数值模拟（入门学习）

UDEC_数值模拟（⼊门学习）UDEC ⼊门;new 是刷新udec窗⼝，从新调⽤⼀个程序;title 与heading代表标题，后⾯紧跟标题的名称。

如：titlehang dao mo ni;round 指块体与块体之间的圆⾓半径，默认值是0.5，其值要求⼩于模型中最⼩块体的最短那条边长的⼆分之⼀。

如：round 0.05set ovtol=0.5;此命令是指层与层之间的嵌⼊厚度block x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4;建⽴模型框架，crack x1,y1 x2,y2;两点划⼀线jregion id n x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4 deletejset 90,0 4,0 4,0 6,0 0,-50 range jreg 3;jset 倾⾓,0 线段长,0 线段与线段轴向间隔长,0 垂向间距,0 xm,ym range jregion n;其中xm,ym为起始点坐标,n为设置的区域标号gen quad 10 range xl xu yl yu;在指定的区域⽣成⼀定宽度的单元（xu为x⽅向的取值）zone model mo range xl xu yl yu;使指定的区域材料采⽤摩尔--库仑本构关系计算（即弹塑性）change jcons=2 range xl xu yl yu;使指定的区域节理遵循摩尔--库仑准则计算（即弹塑性）change mat=1 range xl xu yl yuchange mat=2 range xl xu yl yuchange mat=3 range xl xu yl yu;指定各岩层的材料标号change jmat=1 range xl xu yl yuchange jmat=2 range xl xu yl yuchange jmat=3 range xl xu yl yu;指定各岩层的节理标号prop mat=1 dens=2000prop mat=2 dens=2650prop mat=3 dens=2700;指定各材料的密度，⽐如1号材料dens=2000，即1⽴⽅⽶重2吨zone k=0.15e9,g=0.1e9,fric=10.00,coh=0.19e6,ten=0.09e6 range mat=1zone k=2.8e9,g=2.2e9,fric=30.00,coh=1.5e6,ten=0.4e6 range mat=2zone k=6.9e9,g=6.6e9,fric=38.62,coh=5.63e6,ten=3.20e6 range mat=3;k为材料的法向刚度，g为材料的切向刚度，friction为材料的内摩擦⾓，;cohesion为材料的内聚⼒，tension为材料的抗拉强度prop jmat=1 jkn=0.2e8,jks=0.1e7,jcoh=0,jfric=4,jten=0prop jmat=2 jkn=8e8,jks=5e7,jcoh=0.1e6,jfric=8,jten=0prop jmat=3 jkn=20e8,jks=16e7,jcoh=0.4e6,jfric=15,jten=0;jkn为节理的法向刚度，jks为节理的切向刚度，jfriction为节理的内摩擦⾓，;jcohesion为节理的内聚⼒，jtension为节理的抗拉强度set gravity 0,-9.81;设置重⼒加速度，x⽅向为0，y⽅向为-9.8bound xvel=0 range -0.1 3.00 -60.1 20.1bound xvel=0 range 97 100.1 -60.1 20.1bound yvel=0 range 0.1 100.1 -60.1 -58;采⽤位移法固定边界solve\step 5000\cycle 5000;执⾏计算save pingheng.sav;保存⽂件，⽂件的后缀为.sav，⽂件名可以⾃⼰命名。

地下水数值模拟任务、步骤及常用软件

地下水数值模拟任务、步骤及常用软件

地下水数值‎模拟任务、步骤及常用‎软件1 地下水模拟‎任务大多数地下‎水模拟主要‎用于预测，其模拟任务‎主要有4种‎：1)水流模拟主要模拟地‎下水的流向‎及地下水水‎头与时间的‎关系。

2)地下水运移‎模拟主要模拟地‎下水、热和溶质组‎分的运移速‎率。

这种模拟要‎特别考虑到‎“优先流”。

所谓“优先流”就是局部具‎有高和连通‎性的渗透性‎，使得水、热、溶质组分在‎该处的运移‎速率快于周‎围地区，即水、热、溶质组分优‎先在该处流‎动。

3)反应模拟模拟水中、气-水界面、水-岩界面所发‎生的物理、化学、生物反应。

4)反应运移模‎拟模拟地下水‎运移过程中‎所发生的各‎种反应，如溶解与沉‎淀、吸附与解吸‎、氧化与还原‎、配合、中和、生物降解等‎。

这种模拟将‎地球化学模‎拟(包括动力学‎模拟)和溶质运移‎模拟(包括非饱和‎介质二维、三维流)有机结合，是地下水模‎拟的发展趋‎势。

要成功地进‎行这种模拟‎，还需要研究‎许多水-岩相互作用‎的化学机制‎和动力学模‎型。

2 模拟步骤对于某一模‎拟目标而言‎，模拟一般分‎为以下步骤‎：1)建立概念模‎型根据详细的‎地形地貌、地质、水文地质、构造地质、水文地球化‎学、岩石矿物、水文、气象、工农业利用‎情况等，确定所模拟‎的区域大小‎，含水层层数‎，维数(一维、二维、三维)，水流状态(稳定流和非‎稳定流、饱和流和非‎饱和流)，介质状况(均质和非均‎质、各向同性和‎各向异性、孔隙、裂隙和双重‎介质、流体的密度‎差)，边界条件和‎初始条件等‎。

必要时需进‎行一系列的‎室内试验与‎野外试验，以获取有关‎参数，如渗透系数‎、弥散系数、分配系数、反应速率常‎数等。

2)选择数学模‎型根据概念模‎型进行选择‎。

如一维、二维、三维数学模‎型，水流模型，溶质运移模‎型，反应模型，水动力-水质耦合模‎型，水动力-反应耦合模‎型，水动力-弥散-反应耦合模‎型。

3)将数学模型‎进行数值化‎绝大部分数‎学模型是无‎法用解析法‎求解的。

《数值模拟技术》教学大纲

《数值模拟技术》教学大纲

《数值模拟技术》教学大纲课程编码：08241070课程名称：数值模拟技术英文名称：TECHNOLOGY OF NUMERCAL SIMULA TION开课学期：7学时/学分：36 / 1.5课程类型：专业课开课专业：工科专业本科生选用教材：实用工程数值模拟技术极其在ANSYS上的实践王国强西北工大出版社主要参考书：1.电脑辅助工程分析ANSYS使用指南陈精一中国铁道出版社20012. 结构力学与有限单元法高秀华吉林科学技术出版社19953.ANSYS相关资料执笔人：李风一、课程性质、目的与任务数值模拟技术课程是一门用以培养学生在机械设计中现代设计方法一个分枝在工程中应用的专业课，本课程主要研究工程结构的静动力学分析问题及相关领域的有限元分析问题, 。

通过数值模拟技术的学习，能够掌握标工程问题的有限元建模极其前后处理和求解方法，使学生具备一定的分析能力和初步的实践能力二、教学基本要求1．掌握有关有限元法的基本概念及基础理论；2．将ANSYS软件应用到简单的工程问题分析中;3．树立正确的设计思想，理论联系实际，具备创新精神；4．全面系统地了解数值模拟技术的基本知识；5．掌握数值模拟技术使用的一般流程，具有进行实验研究的初步能力；3．对计算结果具备一定的分析及判断能力;7．了解数值模拟技术的新理论，新方法及发展趋向；数值模拟技术课程是机械类专业一门专业课程。

在教学过程中要综合运用先修课程中所学到的有关知识与技能，结合各种实践教学环节，进行机械工程技术人员所需的基本训练，为学生进行毕业设计和有目的从事机械设计工作打下基础。

因此数值模拟技术课程在机械类专业的教学计划中占有重要的地位和作用。

三、各章节内容及学时分配第一章概述（2学时）第一节FEA与ANSYS第二节ANSYS基础第三节应力分析第四节初步决定第五节热分析第六节热-应力分析第七节几何模型的输入第八节实体模型第九节网格划分第二章有限元分析与ANSAS（2学时）第一节有限元分析的基本概念第二节ANSYS的功能第三节结构分析第四节热分析第五节流体分析第三章ANSYS的基本操作（2学时）第一节GUI图形方式第二节ANSYS的数据库和文件第三节ANSYS的在线帮助第四章线性分析（4学时）第一节分析步骤一、前处理二、求解三．后处理第二节几何建模第三节网格划分技术第四节施加载荷第五节计算结果及结果判断第六节例题第五章实模型建立技术（2学时）第一节几何模型的输入技术第二节实体模型的建立一．图元二．工作平面三．布尔运算四．关键点五．坐标系六．建模实例第六章有限元网格划分（4学时）第一节定义单元属性第二节网格的控制参数第三节网格的生成技术一、网格的映射二、网格的拖拉与扫掠三、过渡网格四、实例第六章数值模拟技术的参数化语言（4学时）第一节概述第二节定义参数第三节使用参数第四节从数据库中获取信息第五节数组参数第六节宏技术第七节分枝结构第八节循环结构第七章典型单元分析（6学时）第一节梁单元分析一、梁的属性二、梁的网格划分三、梁的加载求解及结果分析第二节平面问题的数值模拟分析一、平面应力问题二、平面应变问题三、典型平面单元的属性四、平面单元的网格划分五、平面问题的加载求解六、结果分析第三节空间实体典型单元分析一、实体单元的属性二、实体单元的网格划分三、空间实体问题的载荷四、空间实体问题的加载求解五、结果分析第四节模态分析一、模态分析的研究内容二、模型的建立三、模态分析的相关参数四、求解及后处理五、实例第八章实例（4学时）第一节平面桁架结构一．定义单元类型二、定义实常数三、定义材料性能参数四．建立集合模型五．有限元划分六．加载求解七．后处理第二节薄板静力学分析一、定义单元类型二、定义实常数三、定义材料性能参数四．建立集合模型五．网格划分六．加载求解七．后处理第三节单节箱形吊臂静力学分析第四节带孔薄板动力学分析一、定义单元类型二、定义实常数三、定义材料性能参数四．建立集合模型五．网格划分六．加载求解七．各阶振型分析四、实验1.实验目的与任务数值模拟技术课程的实验是验证性实验，其目的是使学生掌握数值模拟技术分析方法并能够理论联系实际地加以应用，任务是将课程所学的知识应用于实践，通过实际运行软件加深理论知识的掌握并提高解决分析问题的能力。

CFD数值模拟4


1D steady heat conduction
At surfaces w and e , Γw = and ΓA ΓA let finally we get Γe Ae φE − φP δxPE − Γw Aw φP − φW δxWP + (Su + SP φP ) = 0 (14) ΓW + ΓP ΓP + ΓE , Γe = 2 2 = Γe Ae
The general form of scalar quantity transport equation
Differential form: ∂ (ρφ) + div (ρφu) = div (Γgrad φ) + Sφ ∂t (2)
where φ is a scalar quantity like temperature, concentration, or even velocity components; div is divergence, same as ∇·; grad is gradient operator: div (ρu) = ∇ · (ρu) = grad φ = ∂ (ρu ) ∂ (ρv ) ∂ (ρw ) + + ∂x ∂y ∂z (3) (4)
Approximation of volume integrals
¯ Sφ dV = S φ V ≃ S φP V
V
(6)
Overview Intruduction to Finite Volume Methods FVM for difussion and convection Some applications
Overview Intruduction to Finite Volume Methods FVM for difussion and convection Some applications

流体流动数值模拟PDF.pdf

流体流动现象普遍存在于自然界及多种工程领域中。

所有这些流动过程都遵循质量守恒、动量守恒、能量守恒和组分守恒等基本物理定律；而且流动若处于湍流状态，则该流动系统还要遵守附加的湍流输运方程。

本讲座将依据流体运动的特性阐述计算流体动力学的相关基础知识及任务；在流体运动所遵循的守恒定律及其数学描述的基础上，介绍数值求解这些基本方程的思想及其求解过程。

第一节计算流体动力学概述计算流体动力学（CFD）技术用于流体机械内部流动分析及其性能预测，具有成本低，效率高，方便、快捷用时少等优点。

近年来随着计算流体力学和计算流体动力学及计算机技术的发展, CFD技术已成为解决各种流体运动和传热，以及场问题的强有力、有效的工具，广泛应用于水利、水电，航运，海洋，冶金，化工，建筑，环境，航空航天及流体机械与流体工程等科学领域。

利用数值计算模拟的方法对流体机械的内部流动进行全三维整机流场模拟，进而进行性能预测的方法越来越广泛地被从事流体机械及产品性能取决于各种场特性的设计、科研等科技人员所使用；过去只有通过实验才能获得的某些结果或结论，现在完全可借助CFD模拟的手段来准确地获取。

这不仅既可以节省实验资源,还可以显示从实验中不能得到的许多场特性的细节信息。

一、什么是计算流体动力学计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)是通过计算机数值计算和图像显示，对包含流体流动和有热传导等相关物理现象的系统所做的分析。

CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理场（如速度场和压力场，以及热力场等），用一系列有限个离散点上变量值的集合来代替；并通过一定的原则和规律建立起关于这些离散点上的场变量之间关系，从而组成这些场变量之间关系的代数方程组；然后求解这种代数方程组，来获得这些场变量的近似值[1-3]；这就是流动的数值计算。

或者直观地说，通过数值计算中的各种离散方法，把描述连续流体运动的控制偏微分方程离散成代数方程组，由此建立该流动的数值模型；再根据问题的具体情况，设定边界条件和初始条件封闭方程组；然后通过计算机数值计算求解这种代数方程组，从而获得描述该流场场变量的某些运动参数的数值解。

基于CFD++的翼型数值模拟_step by step(CFD++)


14
CFD++
九、
寄语
本手册是作者花大量心思完成，对于入门级 CFD 学员具有极强的指导意义， 请勿二次转载收费，请勿无畏扩散！
15
三、
设置 CFD++
设置计算条件相关信息
4
CFD++
Re = 300 0000 Ma = 0.5 经计算出 C=0.257777（网格信息中 C=1） ，则单位米 的雷诺数为 11637966，如果需要计算 Re = 300 0000，则必须进行网格缩放 0.257777。 迎角 4°
点击 Accept and Exit
CFD++
基于 CFD++的翼型数值模拟 (step by step)
一、 准备网格
来源于 Gridgen 的 CFD++输出，建立计算路径，放置文件。
二、
运行 CFD++，调入网格文件
双击桌面上的图标 选择工作路径下的文件（D:\CFD++\naca0012\4degree） ：双击图中的“d:”
四、
边界条件
设置边界条件，翼型计算主要是壁面条件和远场边界条件。
5
CFD++
点击 Proceed 首先设置远场边界条件
双击 farfield 远场边界
6
CFD++
点击 Apply Choices
7
CFD++
双击 info_set#2(这里显示远场边界上的相关信息，包括湍流模型)
点击 Accept and Exit
10
CFD++

DEFORM数值模拟软件模拟流程


4.后处理-载荷行程曲线
确定成形设备须具备的生产能力
4.后处理-成形过程观察
各状态变量的变化
SV 两点间SV
4.后处理-成形过程观察
各点的状态变量变化
点追踪
4.后处理-成形过程观察
流动网格
流动网格
4.后处理-成形过程观察
内部成形过程观察
切片
4.后处理
对称物体的镜像
镜像
4.后处理
2.前处理-模拟的设置
下拉
指定物体 指定方向
指定容差
2.前处理-模拟的设置
平移
指定物体
指定偏移量 指定两点
坐标
2.前处理-模拟的设置
接触
指定物体
指定方向 指定参考
物体
指定容差
2.前处理-模拟的设置
旋转
指定物体
指定旋转 轴
指定旋转 中心
指定旋转 角度
2.前处理-模拟的设置
接触物体 定义参数 主从关系
生成容差
数据输出
选择模 拟步
选择模 拟对象
数据输出
选择变量
4.后处理
动画
动画制作
图片合成工具 Isee等
数值模拟流程
开始步 模拟总步数 保存间隔步数
步长确定
2.前处理-模拟的设置
材料列表 材料性能
新建材料
调用材料 保存 输入 输出
2.前处理-模拟的设置
调用材料
材料分类
材料用途
材料牌号 材料说明
2.前处理-模拟的设置
更改材料
图形 显示 窗口
参数 参数输入
2.前处理-模拟的设置
拖拉
指定物体 指定方向 指定方式
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三种情况速度场分布如图所示：
学海无涯
6.4 结构四 1）入口流速 3m/s,液相体积分数分别为：0. 001%、0.003%、0.005%。三种情况
气相浓度场分布如图所示：
学海无涯 三种情况速度场分布如图所示：
学海无涯
2）固定液相浓度为 0.003%,变入口速度分别为：1m/s、3m/s、5m/s。气相浓度场 分布如图所示：
（2）在工作状态下，流动不随时间变化，流动为稳态； （3）水在管内的流动可以简化成二维流动； （4）不考虑温度的影响，服从绝热流动基本方程。 2、基本控制方程 （1）连续性方程
在直角坐标系下的质量守恒方程又称连续性方程：
ui = 0 xi
（1-1）
（2）动量方程：
x j
(uiu j )
=
xi
+
学海无涯 三种情况速度场分布如图所示
学海无涯
6.2 结构二 入口流速 3m/s,液相体积分数分别为：0. 001%、0.003%、0.005%。三种情况气相
浓度场分布如图所示：
学海无涯 三种情况速度场分布如图所示
学海无涯 2）固定液相浓度为 0.003%,变入口速度分别为：1m/s、3m/s、5m/s。气相浓度场 分布如图所示：
流体机械的研究中多用 CFD 方法对分离器进行仿真模拟，其基本应用步骤如下： 1) 利用 Gimbit 进行前处理
a. 根据分离的形状、结构及尺寸建立几何模型； b. 对所建立的几何模型进行网格划分； 2) 利用 Fluent 进行求解 a. 确定计算模型及材料属性； b. 对研究模型设置边界条件； c. 对前期设置进行初始化，选择监视器，进行迭代计算； 3)利用 Fluent 进行后续处理，实现计算结果可视化及动画处理。 上述迭代求解后的结果是离散后的各网格节点上的数值,这样的结果不直观。因 此需要将求解结果的速度场、温度场或浓度场等用计算机表示出来，这也是 CFD 技术 应用的必要组成部分。 利用 CFD 方法进行仿真模拟可以对分离器的结构设计及参数选择作出指导，保证 设计的准确度，也可以为分离器样机的试验提供理论参考。由于 CFD 仿真模拟的广泛 使用及其重要性，国内外很多学者，如 Mark D Turrell、M.Narasimha、师奇威等都 对其进行了研究，尤其是 A.F. Nowakowski 及 Daniel J.SUASNABAR 等人]对 CFD 技术 在旋流器模拟方面的应用做了详细的介绍，这些工作对 CFD 技术的发展起到了积极的 促进作用。
6 模拟结果分析
学海无涯 6.1 结构一的模拟
1）入口流速 3m/s,液相体积分数分别为：0. 001%、0.003%、0.005% 三种情况气相浓度场分布如图所示：
三种情况速度场分布如图所示：
学海无涯
2）固定液相浓度为 0.003%,变入口速度分别为：1m/s、3m/s、5m/s。气相浓度场 分布如图所示：
可以更好的处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动。
3、网格划分
借助 gambit 软件对直管段划分结构网格，对非直管段划分非结构网格。四种结 构的网格划分如图所示：
结构一
结构二
结构三
结构四
5、模型的选择及边界条件的确定
应用多相流中的欧拉模型；控制方程采用 RNG k-ε 模型；入口边界条件设置为 速度入口，出口边界条件设置为自由出流；由于入口两相中含夜体积分数极小，湍动 粘度影响远大于重力，固忽略重力的影响；湍流强度设置为 10%,水力直径为圆管内流 道截面直径。
x j
(
ui x j
−
uiu
j
)
（1-2）
式（1-1，1-2）中 u 为流体速度，下标 i 表示方向，上标“＇”表示脉动值，上标“-” 代表对时间的平均，μ 为动力粘度，p 为流体微元体上的压力。
由于 RNG k-ε 模型在工程流场计算中具有诸多优势，故对结构内部的数值模拟 采用 RNG k-ε 模型进行。RNG k-ε 模型是改进的标准 k-ε 模型，其原理是用紊动能 k 和紊动能耗散率 ε 来表示流体湍流粘性系数，而流体的有效粘性系数即是流体分子 粘性系数和湍流粘性系数之和。 k 方程和 ε 方程分别为：
学海无涯
数值模拟
1、CFD 方法简介
利用 CFD 方法，采用流体力学分析软件 Fluent 对三相分离器的流场进行了研究 和分析，为实验研究提供理论支持。
CFD 是英文 Computational Fluid Dynamics(计算流体动力学) 的缩写,是一门用 数值计算方法求解流动主控方程以发现各种流动现象规律的学科]。用 CFD 技术进行 数值求解的基本思想是: 把原来在空间与时间坐标中连续的物理量的场, 用一系列 有限个离散点上的值的集合来代替, 通过一定的原则来建立离散点上变量值之间关 系的代数方程, 求解代数方程以获得所求解变量的近似值。其主要用途是对流态进行 数值仿真模拟计算，因此，CFD 技术的用途十分广泛，可用于传质、传热、动量传递 及燃烧等方面的研究。
学海无涯
2、控制方程
流体流动要受物理定律的支配，基本的守恒定律包括：质量守恒定律，动量守恒 定律、能量守恒定律。如果流动处于湍流状态，系统还应要遵守附加的湍流输运方程。 1、基本假设
（1）鉴于我国各主力油田采出液含水已达到 80％以上，故以水代替采出液进行分 析计算；天然气的主要成分是是甲烷，故采用甲烷的替代天然气的性质；
其中：
(k) t
+
(kui ) xi
=
x j
[ k ueff
k x j
] + Gk
+
( ) + (ui )
t
xi
=
x j
[ ueff
]+
C* 1
xj k
Gk
−
C2
2 k
（1-3） （1-4）
学海无涯
eff
= + t , t
= C
k2
,
C
= 0.0854,k= =源自1.39C1*= C1
学海无涯 三种情况速度场分布如图所示
三种情况速度场分布如图所示
学海无涯
6.3 结构三 1）入口流速 3m/s,液相体积分数分别为：0. 001%、0.003%、0.005%。三种情况
气相浓度场分布如图所示：：
学海无涯 三种情况速度场分布如图所示
学海无涯 2）固定液相浓度为 0.003%,变入口速度分别为：1m/s、3m/s、5m/s。气相浓度场 分布如图所示：
−
(1− 0 1+ 3
)
,
C1
= 1.42, C2
= 1.68
=
(2Eij
1
Eij ) 2
k
, Eij
=
1 2
( ui x j
+
u j xi
), 0
=
4.377,
=
0.012
（1-5）
RNG k-ε 模型通过修正湍流粘度，考虑了平均流动中的旋转和旋流流动情况，在
ε 方程中增加了一项，从而反映了主流的时均应变率 Eij，这样，RNG k-ε 模型中产 生项不仅与流动有关，而且在同一问题中也还是空间坐标的函数。故 RNG k-ε 模型