PDF《牛顿螺旋管道内幂律流体流动数值模拟_牛顿》

第26 卷第4期2005 年7月石油学报ACTA PETROL EI SINICA Vol.

26 No.

4 J uly

2005 基金项目 :黑龙江省自然科学基金项目(A9912)"非牛顿流体在等径圆柱螺旋管中的流动" 部分成果. 作者简介 :王克亮 ,男,1964 年6月生 ,1987 年毕业于大庆石油学院 ,博士 ,副教授 ,主要从事非牛顿流体力学、 提高采收率理论与技术方面的研 究工作.E2mail :wangkeliang @tom. com 文章编号 : 0253O

2697 (2005) 04O 0093O

04 螺旋管道内幂律流体流动数值模拟 王克亮1 崔海清1 吴辅兵2 郑晓松1 (1. 大庆石油学院石油工程学院 黑龙江大庆

163318 ;

2. 辽河石油勘探公司 辽宁盘锦 124109) 摘要 : 螺旋管道可作为聚合物溶液的分层配注器.根据螺旋管道内聚合物溶液的流动特征 ,建立了正交螺旋坐标系下 NavierO Stokes 方程.通过无因次分析 ,得到了螺旋管道内充分发展幂律流体流动的控制方程组.采用有限容积法 ,研究了圆截面螺旋管 道内幂律流体的流动规律 ;

采用三角形网格进行了数值计算.讨论了曲率和挠度对二次流动、 流函数等值线和轴向速度的影响 ,研 究了不同曲率和挠度螺旋管道内流量与压力梯度之间的关系.在相同流量下 ,螺旋管挠度和曲率越大 ,压力梯度越大 ;

挠度和曲率 相同的螺旋管流量越大 ,压力梯度越大. 关键词 : 螺旋管道 ;

幂律流体 ;

流体流动 ;

有限容积法 ;

数值计算 ;

流量 ;

压力梯度 中图分类号 : TE319 文献标识码 : A Numerical simulation on power2la w fluid flow in helical pipes with circular cross2section WAN G Ke2liang1 CU I Hai2qing1 WU Fu2bing2 ZHEN G Xiao2song1 (1. College of Petroleum Engineering , Daqing Petroleum Institute , Daqing

163318 , China;

2. L iaohe Petroleum Ex ploration Com pany , Panjin

124109 , China) Abstract : The helical pipe can be taken as multi2zone flow regulator of polymer injection. The Navier2Strokes equations for the or2 thogonal and helical coordinate system were established according to the features of polymer solution flow in helical pipes. The gover2 ning equations for fully developed flow of power2law fluid in helical pipes were obtained by using dimensionless analysis method. The power2law fluid flow in helical pipes with circular sections was studied by using finite volume method. The triangle mesh was applied to numerical calculation. The effects of curvature and torsion on secondary flow , isoline of stream function and distribution of the ax2 ial velocity of flow were discussed. Numerical calculation shows that the pressure gradient increases with the increment of flow flux for the helical pipes with the same curvature and torsion ,and the pressure gradient increase with the increment of curvature and tor2 sion for the helical pipes with the same flow flux. Key words : helical pipes ;

power2law fluid ;

fluid flow ;

finite volume method ;

numerical calculation ;

flow flux ;

pressure gradient 对注入聚合物溶液的注水井进行分层配注时 ,采 用传统的普通水嘴作为分层配注器 ,将会造成聚合物 溶液的剪切降解 ,因此提出了用螺旋管道代替普通水 嘴作为分层配注器的新方法.螺旋管道是一种复杂的 曲线管道 ,目前已有的研究成果都是针对牛顿流体的 粘性流动.而聚合物溶液是一种非牛顿流体 ,可用幂 律模式来描述其流变特性 ,关于幂律流体在螺旋管道 内流动的研究很少[1 ] .笔者采用有限容积法[2 ] 研究了 幂律流体在圆截面螺旋管道内的等温定常流动 ,讨论 了曲率和挠度对轴向速度、 流函数分布的影响.同时 还进行了实例计算 ,研究了不同曲率和挠度螺旋管道 内流量与压力梯度之间的关系.