PDF《与传统的油气混输方式相比,以多相泵为核心的多相混输系统...》

摘要-1-摘要与传统的油气混输方式相比,以多相泵为核心的多相混输系统结构简单、成 本低、采收率高,具有广阔的应用前景.

论文以一台自主设计的三级螺旋轴流泵 为研究对象, 以水和空气的混合物作为介质,进行了多工况下的泵叶轮内流场可 视化实验和考虑气相可压缩性的两相流数值模拟, 探讨了气液两相流体在多相泵 输运过程中的运动状态及不同流型对其水力性能的影响规律. 采用高速摄影技术, 考察了多相泵入口段及三级增压单元内的气液两相流型 及气泡直径的分布规律,发现在多相泵入口段气液两相流表现为均匀的泡状流, 气泡直径随含气率的增加逐渐增大,随转速的增加逐渐减小;

在同一转速下,随 着含气率的增加,气液混合流体在叶轮内依次呈现出四种流型:孤立的气泡流、 泡状流、气囊状流和乳化状流;

跟踪气泡在泵内的运动轨迹,发现气泡进入叶轮 后先向吸力面运动, 再向叶片的压力面运动,最后紧贴叶片压力面向叶轮出口运 动, 这与气泡在运动过程中的定性受力分析结论一致;

四种流型下叶轮流道内气 液两相分布及多相泵的水力性能都互不相同. 考虑气体的可压缩性,利用 CFX 软件对螺旋轴流泵进行全流道三维定常湍 流数值模拟,分析泵内速度、压强和含气率的分布规律,研究发现:各级增压单 元内压强均匀增加, 含气率均匀降低;

空气的可压缩性导致从第一级到第三级增 压单元的增压能力逐渐增加;

由于气液两相密度的差别,在叶轮流道内,从0.1 倍叶高到 0.9 倍叶高含气率明显下降,与实验过程中气泡主要聚集在叶轮的轮毂 处这一结论相互印证. 在定常模拟的基础上,又进行了非定常数值模拟.结果发现:动静干涉作用 使得在动静交界面产生压强和含气率的交替变化. 非定常计算可清晰地捕捉到不 连续气团在叶轮内的运动. 非定常模拟和实验所得气囊的分布状态一致,即从第 一级到第三级增压单元气囊规模逐渐减小,且其所在位置逐渐靠近叶轮出口. 关键词:螺旋轴流泵;

可视化实验;

数值模拟;

气液两相;

流型