水平T型管中油水两相流流动数值模拟研究

《水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》篇一一、引言在许多工业应用中，如石油、天然气和化学工业中，气液两相流是非常常见的流动状态。

对水平管内气液两相流的流型进行深入的研究对于提升设备的效率和可靠性具有重要意义。

本论文通过数值模拟和实验研究的方法，探讨了水平管内气液两相流的流型特征及其变化规律。

二、文献综述在过去的几十年里，许多学者对气液两相流进行了广泛的研究。

这些研究主要关注流型的分类、流型转换的机理以及流型对流动特性的影响等方面。

随着计算流体动力学（CFD）技术的发展，数值模拟已成为研究气液两相流的重要手段。

同时，实验研究也是验证数值模拟结果和深化理解流动机理的重要途径。

三、数值模拟1. 模型建立本部分首先建立了水平管内气液两相流的物理模型和数学模型。

物理模型包括管道的几何尺寸、流体性质等因素。

数学模型则基于质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律，并考虑了气液两相的相互作用。

2. 数值方法采用计算流体动力学（CFD）方法对模型进行求解。

通过设置适当的边界条件和初始条件，得到气液两相流的流动状态。

此外，还采用了多相流模型和湍流模型等，以更准确地描述气液两相的流动特性。

3. 结果分析通过数值模拟，得到了水平管内气液两相流的流型图、流速分布、压力分布等结果。

分析这些结果，可以深入了解流型的转变过程和流动特性。

四、实验研究1. 实验装置设计了一套用于气液两相流实验的装置，包括水平管道、气体供应系统、液体供应系统、测量系统等。

通过调节气体和液体的流量，可以模拟不同工况下的气液两相流。

2. 实验方法在实验过程中，通过观察和记录流动现象，获取了流型、流速、压力等数据。

同时，还采用了高速摄像等技术，对流动过程进行可视化分析。

3. 结果分析将实验结果与数值模拟结果进行对比，验证了数值模拟的准确性。

同时，还分析了不同因素（如管道直径、流体性质等）对气液两相流流型的影响。

五、结论与展望通过数值模拟和实验研究，得到了以下结论：1. 水平管内气液两相流的流型受多种因素影响，包括管道直径、流体性质、流速等。

《水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》篇一一、引言随着能源、化工等领域的不断发展，水平管内气液两相流的研究变得日益重要。

流型的研究对于了解气液两相流的传输特性，预测设备运行状况以及优化过程控制具有重要的实际意义。

本文针对水平管内气液两相流流型进行数值模拟与实验研究，为实际工业应用提供理论支持。

二、文献综述气液两相流的研究历史悠久，学者们通过实验和理论分析，对各种流型进行了深入的研究。

在水平管内，气液两相流的流型主要包括泡状流、弹状流、环状流等。

这些流型的特性对管道的传输效率、压力损失以及设备运行稳定性具有重要影响。

近年来，随着计算流体动力学（CFD）技术的发展，数值模拟在气液两相流研究中的应用越来越广泛。

三、研究内容（一）数值模拟本文采用CFD技术对水平管内气液两相流的流型进行数值模拟。

首先建立物理模型和数学模型，确定求解方法和边界条件。

然后，通过数值计算得到不同流型下的速度场、压力场等物理量分布。

最后，对模拟结果进行验证和分析，为实验研究提供理论支持。

（二）实验研究实验研究是本文的重点部分，主要包括实验装置、实验方法、数据处理和结果分析。

实验装置包括水平管、气源、液源、测量仪器等。

实验方法采用可视化观察和物理量测量相结合的方式，对不同流型下的气液两相流进行观测和记录。

数据处理主要包括数据采集、整理、分析和图表制作等步骤。

最后，对实验结果进行分析和讨论，为数值模拟提供验证依据。

四、结果与讨论（一）数值模拟结果数值模拟结果表明，水平管内气液两相流的流型与气流速度、液流速度、管道直径等参数密切相关。

在不同参数下，流型表现出不同的特性，如泡状流的分散性、弹状流的周期性以及环状流的连续性等。

这些结果为后续的实验研究提供了理论支持。

（二）实验研究结果实验研究结果表明，不同流型下的气液两相流具有不同的传输特性和传输效率。

例如，在泡状流中，气泡的分散性较好，有利于提高传输效率；而在环状流中，液膜的连续性较好，有利于降低管道的摩擦阻力。

水平突变管内油水两相流数值模拟范开峰;王卫强;孙策;石海涛;万宇飞【摘要】采用计算流体力学中 VOF模型对水平突扩管和突缩管内油水两相流进行数值模拟，两相流中原油为中质稠油并且含水率较高，从50%到80%不等。

结果表明，不同含水率油水两相流在突扩管和突缩管内主要为水包油流型，在管径突变处压力波动变化明显，但含水率从50%变化到80%时对压力变化趋势影响较小。

得到的不同含水率油水两相流在突变管径管道中的流动规律，可为原油集输管网油水两相流混输问题提供参考。

%Using the VOF model of computational fluid dynamics to simulate oil-water two-phase flow in horizontal sudden expansion pipe and contractible pipe,the crude oil in the two-phase flow is medium viscous oil and the moisture content is high, ranging from 50% to 80%.The results show that:the different water content flow in oil-water two-phase flow in the sudden expansion pipe and sudden contraction pipe belong to oil-in-water stream,the pressure fluctuation in diameter mutation changes obviously,but the pressure change trend is affected little when the moisture content changes from 50% to 80%.Flow in the mutant diameter pipes with different water content of oil-water two-phase flow pattern obtained can provide certain reference when involving mixed oil-water two-phase flow transportation problems in crude oil pipeline.【期刊名称】《石油化工高等学校学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P84-87)【关键词】突扩管;突缩管;油水两相流;VOF模型;压力变化;流动规律【作者】范开峰;王卫强;孙策;石海涛;万宇飞【作者单位】辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学，辽宁抚顺113001;中国石油大学北京，北京 102249【正文语种】中文【中图分类】TE866油水两相流动因所处的流动条件不同而具有多种流型［1］。

水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究一、引言随着工业技术的发展，气液两相流在许多工业领域中都有着广泛的应用。

对气液两相流的流型进行研究可以帮助我们了解气液两相流在不同工况下的行为规律，并为工业生产提供参考依据。

本文通过数值模拟和实验研究的方法，对水平管内气液两相流的流型进行探究，旨在揭示其内在机理并提供实际应用上的指导。

二、气液两相流流型气液两相流的流型可以根据界面形态、相对速度和尺度等不同特征进行分类。

在水平管内，常见的气液两相流流型包括气泡流、毛细液膜流、层流、湍流等。

1. 气泡流气泡流是指气泡连续相沿管道轴向方向流动的流型。

气泡流的流动规律复杂，气泡的生成、增长、移动和破裂等现象会对系统产生重要影响。

2. 毛细液膜流毛细液膜流是指液滴连续相沿管道轴向方向流动的流型。

毛细液膜流具有较高的液滴保持率和较低的液滴速度，可应用于化工领域中逆流萃取、反应器和蒸馏器等设备的设计。

3. 层流层流是指气液两相在管内形成整齐分层的流动方式。

层流具有较低的气液摩擦，较小的波动和均匀的分布特点，适用于气体和液体之间传质和反应等过程。

4. 湍流湍流是指气液两相之间发生剧烈的随机运动，界面不规则、相对速度梯度大的流动现象。

湍流带来的剧烈的涡流运动能够增强传热、传质和混合效果，但同时也带来了较大的能耗和压降。

三、数值模拟方法1. 基本原理数值模拟方法一般采用基于流体动力学（CFD）的欧拉方法，通过对流体连续方程、动量方程和能量方程的离散，求解气液两相流的速度、压力和温度等物理量。

2. 模型设定通过建立水平管道的几何模型和气液两相流的初始条件，设定不同的流量、压力、温度等工况参数，以模拟实际工程中的不同场景。

3. 数值算法常见的数值算法包括有限体积法、有限元法和边界元法等。

通过基于时间和空间的离散化方法，将连续方程转化为离散方程，进而通过迭代求解得到数值解。

四、实验研究方法1. 实验设置通过在水平管内进行气液两相流实验，观察和记录不同流型的现象和特征，以定量分析其行为规律。

Fluent多相流模型模拟-水油混合物T型管流动模拟一、实例概述如图所示的T型管，直径0.5m，水和油的混合物从左端以1m/s的速度进入，其中有的质量分数为80%。

在交叉点混合流分流，78%质量流率的混合流从下口流出，22%质量流率的混合流从右端流出。

简单几何模型二、模型的建立1、启动Gambit，选择工作目录E:\Gambit working。

打开后，初始界面如下2、单击geometry→face→create real rectangular face，在width文本框和height文本框输入5和0.5，点击Apply，结果如右下图再输入0.5和5，生成右下图3、下移竖直方向的矩形面，得到T型几何流道移动结果如下修剪内部，将生成的一个矩形面合为一面结果如下三、网格划分1、单击mesh→faces→mesh faces，选择faces 2面，网格间隔大小0.052、设置入口in，出口out，其余wall定义out-2其余线段定义为wall3、输出网格文件输入文件名，选择mixture.msh四、求解计算1、启动fluent6.3，打开后界面2、读入划分好的网格文件检查网格3、求解保持默认，点OK4、设置多相multiphase，混合相mixture点mixture混合相5、选择k-e湍流模型6、定义材料属性先Copy water-liquid再copy fue lliquid，添加进去7、设置第一相oil8、设置第二相water9、设置operating conditions作业条件将Y方向的加速度改为-9.8110、定义边界条件10.1、设置in的边界条件先设置mixture phase，momentum动量→specification method湍流定义方法→intensity and hydraulic diameter强度和水力直径→再设置water phasevolume fraction体积分数设为0.210.2、设置out的边界11、solve -solution保持默认值，点OK12、initialize13、Residual残留的勾选plot，其他默认14、Interate迭代结果如下15、Display→contours外形轮廓选择压强得到混合流体的压强分布图，结果如下选择速度得到混合流体的速度分布图，结果如下16、显示vectors矢量图→velocity速度结果如下17、保存为cas文件18、该模型也可用Eulerian模型来进行多相流计算。

T型微通道内两相流动数值模拟和流场分析摘要：借助相场方法数值模拟t型微通道内两相流动，通过改变毛细数大小，得到三种形成机理下的离散相。

随着毛细数增大，离散相形成过程对微通道内压强和速度的影响减弱。

abstract： the two-phase flow was simulated in a t-junction micro-channel by using the phase field method， and three type droplets were obtained with different capillary number. we found that the influence of droplet formation on pressure and velocity became weak as the capillary number increases.关键词：相场方法；数值模拟；微通道；毛细数key words： phase field method；numerical simulation；micro-channel；capillary number中图分类号：tq021.1 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2012）31-0180-020 引言微通道的尺寸非常小，其通道的宽度一般在之间，流量小[1]，借助微通道可以进行两相流体的混合、纳米粒子合成、蛋白质结晶等。

在化工方面，要求能够控制微通道内化学物质输运的时间和物质空间的分布[2，3]。

近年来，研究者对不同结构微通道内流动的控制产生了极大的兴趣，成为一个重要的研究方向[4]。

雷诺数是惯性力和黏性力之比，微通道内雷诺数小，两相流动受到黏性力的影响，在通道壁面约束下，表面张力和挤压力对离散相的形成起到重要作用。

微通道的制作工艺精度较高，监测通道内流动的设备需要极其微小，这些都使得采用实验研究微流动的难度和费用较大，而数值模拟能够克服这些缺点。

水平管内油水两相流型数值模拟
陈勇
【期刊名称】《产业与科技论坛》
【年(卷),期】2014(000)020
【摘要】油水两相流动现象是多相流领域的重要分支，为了研究油水两相流型及其影响因素，利用Fluent软件中的VOF多相流模型对低流速油水两相分层流动流型进行数值模拟，得出不同含油率、速度、粘度条件下的相分布图，并探讨了不同参数变化下对油水两相流流型的影响。

结果表明：不同含油率、流速、粘度条件下的流型与实验中所得到的流动形态的变化趋势都能够吻合，证明利用VOF模型对低流速油水两相的分层流动进行数值模拟的可行性。

【总页数】2页(P64-65)
【作者】陈勇
【作者单位】长江大学石油工程学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.水平突变管内油水两相流数值模拟 [J], 范开峰;王卫强;孙策;石海涛;万宇飞
2.水平管内汽液两相流流型及换热特性数值模拟 [J], 李书磊;蔡伟华;李凤臣
3.水平管内油水两相流流型转换特性 [J], 姚海元;宫敬
4.水平管内油水两相流流型及其转换规律研究 [J], 吴铁军;郭烈锦;刘文红;张西民
5.水平管内油水两相流流型的实验研究 [J], 陈杰;孙红彦;梁志鹏;严大凡
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T形多分支管内气液两相分离特性研究的开题报告题目：T形多分支管内气液两相分离特性研究一、研究背景与意义T形多分支管是一种常见的管道系统，在化工、石油、天然气等领域都有广泛的应用。

在实际生产和运输过程中，多相流传输是一种常见的现象。

多相流是指在管道中同时存在多种流体，包括气体、液体和固体。

由于多相流特性的不同，容易引起管道内流体的分离，导致管道堵塞、设备损坏等问题，严重影响工业生产的正常运行。

因此，研究T形多分支管内气液两相分离的特性对于实际生产具有重要的意义。

二、研究内容与方法本研究将针对T形多分支管内气液两相分离的特性进行研究，具体研究内容包括：1. T形多分支管内气液两相分离的机理及影响因素分析；2. T形多分支管内气液两相分离发生的位置和程度的探讨；3. 模拟分析T形多分支管内气液两相流分离的过程；4. 对于不同的工况和工艺参数对气液两相分离情况进行测试和分析。

方法主要采用文献综述法和数值模拟法。

文献综述法主要用于对T形多分支管内气液两相分离机理、影响因素、测试方法等方面的相关文献进行查阅和总结。

数值模拟法主要采用CFD（Computational Fluid Dynamics）软件，对不同工况下的T形多分支管内气液两相流分离的过程进行模拟分析。

三、预期成果及意义通过本研究的开展，预期可以获得以下成果：1. 建立T形多分支管内气液两相分离的模型，分析T形多分支管内气液两相分离的机理及影响因素；2. 研究T形多分支管内气液两相分离的位置和程度；3. 通过数值模拟方法，了解T形多分支管内气液两相分离的发生规律和过程；4. 分析不同工况和工艺参数对气液两相分离情况的影响。

以上成果可以为相关领域工程设计和工艺优化提供参考依据，有效提高企业工艺流程的稳定性和生产效率，有很重要的实际意义。

四、进度安排本研究计划分为以下几个阶段：1.前期文献综述和现有研究成果总结及分析，建立T形多分支管内气液两相分离的模型（预计完成时间：2个月）2.进行数值模拟研究，探讨气液两相分离的机理及影响因素，分析不同工况和工艺参数对气液两相分离情况的影响（预计完成时间：6个月）3.结果分析和结果总结，撰写研究报告并进行答辩（预计完成时间：2个月）五、参考文献1. K. G. Kefalas et al. 2015. Multiphase Flow in Branching Geometries.2. Q. Li et al. 2019. Experimental study of air-water flow in T-junction with inclined branch.3. H. M. Soliman et al. 2019. Numerical simulation and experimental investigation of gas-liquid two-phase flow in T-junction.4. Y. Xu et al. 2020. A two-phase flow model for simulating particle transport in a T-junction.。

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水平圆管固液两相稳态流动特性数值模拟
近年来，随着建筑学与现代信息技术的不断进步，及其对水力学现象的深入研究，研究人员已经可以精确的模拟水的的流动特性。

最近，基于数字图像处理技术，研究人员开始采取数值模拟的形式，对固液两相水流在水平圆管中的稳态流动特性进行研究。

首先，通过建立稳态流模型，并设定计算条件，研究人员构建计算环境，确定
有关模型的相关参数，包括流体性质、固定压力以及流体流经管道的速度等。

在将水平翻转后，管内流体以正常方向运动，从而获得固液两相流动特性的分裂效果，有助于研究人员深入研究波动特性以及流动的时空特性。

其次，研究结果表明，沿水平管内不同地点测量到的特性量有所差异，但随着
流速的增高，其赋值得到的结果都趋于一致，表明空间分布的流量特性总体上满足定常水流规律，但是，对比传统实验，发现存在质量分布细化现象，且升压准确率较传统实验偏低，而流量分布与实验结果比较接近。

最后，基于数值模拟的研究借鉴，开发智能的建筑及其水流控制等设计解决方案，有助于实现资源的有效利用以及对环境的可持续发展，提高建筑的可操作性，为可持续的绿色建筑注入新的活力。

实验七油水两相流弯管流动模拟-混合物模型弯管被广泛应用于石化、热能动力、给排水等工程领域的流体输送，其内部流体与管壁的相对运动将产生一定程度的振动而使管迫系统动力失稳，严重时会给系统运行带来灾难性的毁坏.而现今原油集输管线中普遍为油水两相流，流动复杂，且通过弯管时由于固壁的突变，使得流动特性更为复杂.因此，研究水平弯管内油水两相流的速度、压力分布等流动特性，不仅能够为安全输运、流动控制等提供依据. 还可为管线防腐、节能降耗措施选取等提供依据.混合物模型（Mixlure 模型）典型的应用包括低质量载荷的粒子负载流、气泡流、沉降旋风分离器等，混合模型也可以用于没有离散相相对速度的均匀多相流。

一、实例概述选取某输油管道工程管径600mm的90°水平弯管道，弯径比为3，并在弯管前后各取5m直管段进行建模，其几何模型如图所示。

为精确比较流体流经弯管过程中的流场变化，可截取图所示的5个截面进行辅助分析。

弯管进出口的压差为800Pa，油流含水率为20%。

2500500018002500600二、模型建立1.启动GAMBIT，选择圆面生成面板的Plane为ZX，输入半径Radius为0.3，生成圆面，如图所示。

2.移动圆面，选择圆面，Move在Global下的x栏输入1.8，完成该面的移动操作。

3.选取面，Angle栏输入-90，Axis选择为（0,0,0）→（0,0,1），生成弯管主体，如图。

4.在Create Real Cylinder面板的Height栏输入5，在Radius1栏输入0.3，选择AxisLocation 为Positive X，生成沿x方向的5m直管段，如图所示。

5.同方法，改变Axis Location为Positive Y生成沿y方向的5m直管段，如图所示。

6.将直管段移动至正确位置，执行Volume面板中的Move/Copy命令，选中沿y轴的直管段，在x栏输入1.8，即向x轴正向平移1.8。

暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集T型多分岔管路中的油水两相流动实验研究王立洋，郭军，张军，唐驰，郑之初（中国科学院力学研究所, 北京100190,E-mail:*******************.cn）摘要：T型多分岔管路是复合式分离器中的核心部件之一，本研究通过室内实验和数值模拟，研究了入口流速、相含率、分岔次数和流量配比等参数对T型多分岔管路中油水分离效率的影响。

结果表明，在T型单分岔管路中油水两相发生了明显的相分离现象，但是分离效率受入口流速、相含率和流量配比的影响显著。

随着分岔次数的增加，可以在更宽的入口工况和运行条件范围内保持较高的分离效率，这对于T型多分岔管路装置的工业应用具有重要的意义。

T型多分岔管路装置具有结构紧凑、压降损失小、分离效率较高等优点，不仅可以与其他分离部件组合成为复合式分离器，而且还可以单独用于油水分离作业。

当前，油中含水无污排放是改善环境的重要环节，我们在渤海油田QK17-2平台的原油处理系统中将采用T 型多分岔管路装置，实现水中含油低于10.0×10-6的国际先进排放指标。

关键词：油水分离；分离效率；分岔管路1 前言T型分岔管路大量出现于输送管网系统中，它由主管路和分支管路垂直正交构成。

当两相介质由主管路一端进入T型分岔管路时，在主管路下游和分支管路内油水两相的比例一般都会发生变化，称为相分配现象。

在工业应用中，相分配现象对流动的影响表现为两方面。

首先，当T型分岔管路作为分配器使用时（例如核电站内的气液两相输送管网），通常希望两相介质能够尽量均匀的分配，防止发生干烧等事故。

其次，随着近年来油田开采逐步由陆地转向海洋，开发紧凑、高效分离器可以减小设备体积、节省投入费用，并能改善分离器的安全性能，因此成为海洋工程研究领域内的重要课题之一，目前Azzopardi等已在化工行业内应用T型分岔管路对气液两相进行分离，这种情况下希望两相介质在分岔接头处尽可能的相互分离。

水平管道两相流模型与试验研究一、本文概述本文旨在探讨和研究水平管道中的两相流模型及其相关试验。

两相流是指在一个共同的流动通道中，同时存在两种不同相态的物质（如固体和液体、液体和气体或固体和气体）同时流动的现象。

这种现象在许多工业领域中具有广泛的应用，如石油、化工、能源、环保等。

对水平管道中两相流模型的研究具有重要的理论价值和实际应用意义。

本文将首先介绍两相流的基本概念、分类及其特性，然后重点分析水平管道中两相流的流动特性、影响因素及其模型建立。

在此基础上，我们将对水平管道两相流的试验研究方法进行详细介绍，包括试验设备、试验步骤、数据处理和分析方法等。

我们将对试验结果进行深入的讨论和分析，以验证所建立的两相流模型的准确性和有效性，为实际应用提供理论基础和指导。

二、水平管道两相流基础理论水平管道中的两相流是指在一个共同的流动通道中，同时存在两种不同相态的物质（如液体和气体）进行混合流动的现象。

这种流动现象广泛存在于工业过程中，如石油、化工、能源、环保等领域。

为了深入理解和优化这类流动过程，建立准确的两相流模型并进行试验研究至关重要。

连续介质模型：连续介质模型是两相流研究中最常用的模型之一。

该模型将液体和气体视为一个连续的统一体，通过引入相应的相变参数（如体积分数、密度、粘度等）来描述两种物质之间的相互作用和流动特性。

该模型能够方便地应用流体力学的基本理论，如动量守恒、能量守恒等，进行流动分析和计算。

界面追踪模型：界面追踪模型则更加关注两相之间的界面变化。

它通过对两相界面的精确追踪，能够详细描述液滴或气泡的生成、长大、变形、破碎以及相互之间的碰撞、合并等动态过程。

这种模型在描述高速、高浓度或复杂形态的两相流时具有较高的精度，但也面临着计算量大、计算稳定性差等挑战。

统计力学模型：统计力学模型则试图从微观粒子运动的角度来描述两相流。

它通过对大量粒子运动的统计分析，得到宏观流场的运动规律。

这种模型在描述两相流中的湍流、扩散、传热等复杂现象时具有一定的优势，但需要较为深厚的数学和物理基础。