应用FLUENT研究幂律流体偏心环空流场流动
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ｅ一
０ １ ｍ， 内外 管 路 长 １ ． ３ ｍ， ， 与 实 验 模 型 相 同 。 采 用 三 维模 型 ， 应 用 ＳＩ ＭＰ ＬＥＳ Ｔ 算 法 对 偏 心 环 空 管 道 内 部 的 流动 问题进 行求 解 。湍 流计 算过 程 中采 用两 方程
模 型 。建 立 相 应 的 控 制 方 程 ：
ｐ ＋ Ｐ ｕ － ￣ － ｑ － ０ ｖ Ｖ ￣ － ＋ ｐ ｗ ８ ∞ ｕ ＝ （ ｔ ｔ ， ＿ ｌ － ） 八 （ 十 象＋ 翥
。
ｖ、
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．
十 一＿ 一 十 ｐ ，
Ｐ Ａ － Ｐ ｕ 十 Ｐ Ｖ 十 ０ ｗ 一 （ ｍ Ａ － ｔ ｔ ｔ ） 八 （ 十 箬＋
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｐ ａ ｌ 时 ， 对 于 粘 性 为 常 数 的 不 可 压 流
体 ， 式（ １ ） 可转 化 为 ；
Ｐ
Ｐ 十 ｐ ｕ 十 Ｐ ｖ Ｖ － － ｔ ｉ － ０ ｗ 一 一 （ Ｌ ＋ 十 ） 八 （ 十 象＋
．
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十
ｕ、 ａ Ｐ ． ）一 十 Ｐ ａｘ
水 力设计 。
１ 数值 模拟
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＋ 一 ８
ｘ
ｅ 方 程 ：
ａ ｃ 。
＋ Ｇｚ ， ｐ
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ｘ４
毫 ； ［ ｆ ｌ 。 告 ） Ｊ 毫 扭 ； 卜 ｌ ’ ｋ Ｇ —
中图 分类号 ： ＴＥ８ ６ ３
文献 标 识码 ： Ａ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ６ －７ ９ ８ １ （ ２ Ｏ １ ３ ） ３ 一Ｏ Ｏ ２ ４ 一Ｏ ２
ＰＩ ＶＥ 作 为一 种可 靠 的流 场整 体 测量 技 术 ， 已 获
得 人们 普 遍 接受 ， ＦＬＵＥＮＴ［ 是 目 前 世 界 上 最 流 行 的 计算 流体 力 学 的 软件 之 一 ， 可 为 石 油 工 业 矿 场 设 计 ， 尤其 是 油 气集 输 与 水 平 井钻 井 工 程 与 开发 提 供
在划 分 网 格 时 由于 两个 体积 相 差 悬殊 ， 因 而 把
（ １）
两 个 体 积 切 割 开 。 网 格 划 分 采 用 的 是 Ｃｒ ｅ ａ ｔ ｅ Ｓ ｉ ｚ ｅ
Ｔｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ， 先 划分 面 网格 ， 由 面 生 成 体 网 格 。 网 格 总 数 ６ ５ ５ ５ ８ ７ ， 如 图 １所 示 ， 入 口速 度 只 设 置 ｘ 方 向 的 速
通 过 在 ＦＬＵＥＮＴ 软 件 ｇ ａ ｍｂ ｉ ｔ中 三 维 笛 卡 尔 坐 标 系 下 建 立 了 带 切 向管 的 偏 心 环 空 管 道 的 物 理 模
型， 采用 Ｓ Ｉ Ｍ ＰＬ ＥＳ Ｔ 流 场 数 值 计 算 法 的 同时 ， 应 用
有 限体 积 法 来 实 现 控 制 方 程 离 散 化 ， 近 壁 面 采 用 壁 面 函数法来处 理 ， 模 型 参 数 设 置 与 相 应 工 况 下 的
１． ２ Ｎａ ｖ ｉ ｅ ｒ — Ｓｔ ｏ ｋｅ ｓ方 程
当 一 ｕ 、 ｖ 、 ｗ 时 ， 一 ＋ ， Ｓ 。 分 别 为 罢 ＋ ｐ ａ Ｉ ，
ｏ Ｐ＋ Ｏ Ｐ＋
ｐ ，
度 ， 数 值 大 小 及 入 口压 力 的 大 小 与 相 应 工 况 下 ＰＩ Ｖ
实 验 中 的 数 值 相 同 。 出 口压 力 及 环 境 温 度 的设 置 值 均 与 ＰＩ Ｖ 实 验 中 相 应 工 况 下 的 数 值 相 同 。靠 近 壁 面 区域 采用 壁 面函数 法 。
Ｐ Ｉ Ｖ 实 验 情 况 完 全 相 同 。模 型 是 偏 心 度 为 ４ Ｏ 的 偏 心环 空管 道 ， 玻 璃外 管 内径 为 ０ ． ０ ５ ｍ， 内管 外径 为 ０ ．
式中， ｋ一
为湍 动 能 ；
Ｇ ｋ — （ ａ ｕ ， ＋ ａ 强 ｕ ￣ ； ） 豪 为 由 于 平 均 速 度 梯 度 引 起
２ ４
内蒙 古石 油化 工
２ ０ １ ３ 年第 ３ 期
应用 Ｆ Ｌ ＵＥ ＮＴ 研究幂律 流体 偏心环空 流场 流动
郭 慧 丽
（ 大庆油田有限责任公司第一采油厂， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ３ １ ８ ）
摘 要 ： 应用Ｆ ＬＵ ＥＮＴ 建 立 幂 律 流 体 环 空 流 动 的 数 值 模 型 ， 研 究 偏 心 环 空 不 同 浓 度 的 幂 律 流 体 轴 向速 度 分 布 规 律 ， 为 以后 应 用 此 软 件 研 究 油 气 集 输 提 供 借 鉴 。 关键词： Ｆ ＬＵ Ｅ ＮＴ； 幂律 流 体 ； 偏 心环 空 ； 速度分 布 Ｉ 数 值 模 拟
Ｐ Ｐｕ Ｐ Ｖ
一
一
ａ ｕ＋
ｏ ｕ＋
ｗ ． Ｗ 、 ８ Ｐ ． ａ ｙ２十 一 十 Ｐａｚ
图 １ 切 口加 密 的偏 心 ４ Ｏ环 空 管 道 网格 图
２ 结 果 与 分 析
１ ．３
两 方 程 模 型
收 稿 日期 ： ２ Ｏ １ ２ —１ ２ ～１ ５
作者简介 ： 郭慧丽（ １ ９ ８ ５ 一） ， 女， 毕业于 东北石油 大学， 大学本科 ， 现主要从事 油气田开发方面的研 究。
１ ．１ 连 续 方程
Ｏ ｕ ０ｖ ０ ｗ — Ｏ 十 十
詈 （ 等） （ 筹） 为 湍 动 能 的 耗 散 项 ；
ｌ ，２
一Ｐ ÷ 为湍 动 粘度 。
式中， ｋ—ｅ模 型 常 数 分 别 为 ； Ｃ 一０ ． ０ ９ ， Ｃ ： ＝ ＝ １ ．
４４， Ｃ２ 。 一 １ ． ９２， 一 １ ． ０， 仉一 １ ． ３。
０ １ ｍ， 内外 管 路 长 １ ． ３ ｍ， ， 与 实 验 模 型 相 同 。 采 用 三 维模 型 ， 应 用 ＳＩ ＭＰ ＬＥＳ Ｔ 算 法 对 偏 心 环 空 管 道 内 部 的 流动 问题进 行求 解 。湍 流计 算过 程 中采 用两 方程
模 型 。建 立 相 应 的 控 制 方 程 ：
ｐ ＋ Ｐ ｕ － ￣ － ｑ － ０ ｖ Ｖ ￣ － ＋ ｐ ｗ ８ ∞ ｕ ＝ （ ｔ ｔ ， ＿ ｌ － ） 八 （ 十 象＋ 翥
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Ｐ ａ ｌ 时 ， 对 于 粘 性 为 常 数 的 不 可 压 流
体 ， 式（ １ ） 可转 化 为 ；
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水 力设计 。
１ 数值 模拟
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＋ 一 ８
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ｅ 方 程 ：
ａ ｃ 。
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一
ｘ４
毫 ； ［ ｆ ｌ 。 告 ） Ｊ 毫 扭 ； 卜 ｌ ’ ｋ Ｇ —
中图 分类号 ： ＴＥ８ ６ ３
文献 标 识码 ： Ａ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ６ －７ ９ ８ １ （ ２ Ｏ １ ３ ） ３ 一Ｏ Ｏ ２ ４ 一Ｏ ２
ＰＩ ＶＥ 作 为一 种可 靠 的流 场整 体 测量 技 术 ， 已 获
得 人们 普 遍 接受 ， ＦＬＵＥＮＴ［ 是 目 前 世 界 上 最 流 行 的 计算 流体 力 学 的 软件 之 一 ， 可 为 石 油 工 业 矿 场 设 计 ， 尤其 是 油 气集 输 与 水 平 井钻 井 工 程 与 开发 提 供
在划 分 网 格 时 由于 两个 体积 相 差 悬殊 ， 因 而 把
（ １）
两 个 体 积 切 割 开 。 网 格 划 分 采 用 的 是 Ｃｒ ｅ ａ ｔ ｅ Ｓ ｉ ｚ ｅ
Ｔｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ， 先 划分 面 网格 ， 由 面 生 成 体 网 格 。 网 格 总 数 ６ ５ ５ ５ ８ ７ ， 如 图 １所 示 ， 入 口速 度 只 设 置 ｘ 方 向 的 速
通 过 在 ＦＬＵＥＮＴ 软 件 ｇ ａ ｍｂ ｉ ｔ中 三 维 笛 卡 尔 坐 标 系 下 建 立 了 带 切 向管 的 偏 心 环 空 管 道 的 物 理 模
型， 采用 Ｓ Ｉ Ｍ ＰＬ ＥＳ Ｔ 流 场 数 值 计 算 法 的 同时 ， 应 用
有 限体 积 法 来 实 现 控 制 方 程 离 散 化 ， 近 壁 面 采 用 壁 面 函数法来处 理 ， 模 型 参 数 设 置 与 相 应 工 况 下 的
１． ２ Ｎａ ｖ ｉ ｅ ｒ — Ｓｔ ｏ ｋｅ ｓ方 程
当 一 ｕ 、 ｖ 、 ｗ 时 ， 一 ＋ ， Ｓ 。 分 别 为 罢 ＋ ｐ ａ Ｉ ，
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ｐ ，
度 ， 数 值 大 小 及 入 口压 力 的 大 小 与 相 应 工 况 下 ＰＩ Ｖ
实 验 中 的 数 值 相 同 。 出 口压 力 及 环 境 温 度 的设 置 值 均 与 ＰＩ Ｖ 实 验 中 相 应 工 况 下 的 数 值 相 同 。靠 近 壁 面 区域 采用 壁 面函数 法 。
Ｐ Ｉ Ｖ 实 验 情 况 完 全 相 同 。模 型 是 偏 心 度 为 ４ Ｏ 的 偏 心环 空管 道 ， 玻 璃外 管 内径 为 ０ ． ０ ５ ｍ， 内管 外径 为 ０ ．
式中， ｋ一
为湍 动 能 ；
Ｇ ｋ — （ ａ ｕ ， ＋ ａ 强 ｕ ￣ ； ） 豪 为 由 于 平 均 速 度 梯 度 引 起
２ ４
内蒙 古石 油化 工
２ ０ １ ３ 年第 ３ 期
应用 Ｆ Ｌ ＵＥ ＮＴ 研究幂律 流体 偏心环空 流场 流动
郭 慧 丽
（ 大庆油田有限责任公司第一采油厂， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ３ １ ８ ）
摘 要 ： 应用Ｆ ＬＵ ＥＮＴ 建 立 幂 律 流 体 环 空 流 动 的 数 值 模 型 ， 研 究 偏 心 环 空 不 同 浓 度 的 幂 律 流 体 轴 向速 度 分 布 规 律 ， 为 以后 应 用 此 软 件 研 究 油 气 集 输 提 供 借 鉴 。 关键词： Ｆ ＬＵ Ｅ ＮＴ； 幂律 流 体 ； 偏 心环 空 ； 速度分 布 Ｉ 数 值 模 拟
Ｐ Ｐｕ Ｐ Ｖ
一
一
ａ ｕ＋
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ｗ ． Ｗ 、 ８ Ｐ ． ａ ｙ２十 一 十 Ｐａｚ
图 １ 切 口加 密 的偏 心 ４ Ｏ环 空 管 道 网格 图
２ 结 果 与 分 析
１ ．３
两 方 程 模 型
收 稿 日期 ： ２ Ｏ １ ２ —１ ２ ～１ ５
作者简介 ： 郭慧丽（ １ ９ ８ ５ 一） ， 女， 毕业于 东北石油 大学， 大学本科 ， 现主要从事 油气田开发方面的研 究。
１ ．１ 连 续 方程
Ｏ ｕ ０ｖ ０ ｗ — Ｏ 十 十
詈 （ 等） （ 筹） 为 湍 动 能 的 耗 散 项 ；
ｌ ，２
一Ｐ ÷ 为湍 动 粘度 。
式中， ｋ—ｅ模 型 常 数 分 别 为 ； Ｃ 一０ ． ０ ９ ， Ｃ ： ＝ ＝ １ ．
４４， Ｃ２ 。 一 １ ． ９２， 一 １ ． ０， 仉一 １ ． ３。