基于格子Boltzmann模擬方法的水包油流動(dòng)特性研究.pdf

1、國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（資助號(hào)：41174109）“十二五”國家科技重大專項(xiàng)課題資助（資助號(hào)：2011ZX05020006）基于格子基于格子Boltzmann模擬方法的模擬方法的水包油流動(dòng)特性研究水包油流動(dòng)特性研究OilInWaterFlowacteristicsBasedontheLatticeBoltzmannSimulationMethod學(xué)科專業(yè)：控制工程研究生：馬文聰指導(dǎo)教師：金寧德教授企業(yè)導(dǎo)師：馬文衡高級(jí)工程師天津大學(xué)電氣

2、與自動(dòng)化工程學(xué)院二零一三年十二月摘要油水兩相流廣泛存在石油生產(chǎn)過程中，研究油水兩相流流動(dòng)特性對(duì)于了解優(yōu)化油井生產(chǎn)有著重要意義。由于當(dāng)前多數(shù)油井長期注水和低滲液等原因，低流速高含水垂直上升油水兩相流已成為石油生產(chǎn)中重要的生產(chǎn)現(xiàn)象。其油水兩相流的主要流型為水包油泡狀流，對(duì)水包油泡狀流局部流動(dòng)特性的研究將揭示水包油泡狀流流動(dòng)結(jié)構(gòu)和演化機(jī)制的信息。本課題基于兩相流格子Boltzmann模擬方法，對(duì)低流速高含水垂直上升油水兩相流水包油泡狀流流動(dòng)特

3、性進(jìn)行了模擬仿真，考察了水包油泡狀流的泡群運(yùn)動(dòng)特性。格子Boltzmann模擬的分散相油泡群運(yùn)動(dòng)與動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為吻合，解釋了油泡群（單油泡到多油泡群）復(fù)雜隨機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因與演化過程。論文取得了如下創(chuàng)新點(diǎn)：1.對(duì)垂直上升油水兩相流單油泡和兩油泡局部流動(dòng)特性進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)單油泡流動(dòng)時(shí)呈現(xiàn)橢球狀方式。對(duì)兩油泡非并排和并排流動(dòng)模擬結(jié)論如下：兩油泡非并排流動(dòng)時(shí)存在小油泡追趕大油泡現(xiàn)象，當(dāng)小油泡碰撞大油泡時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大油泡變形，繼而產(chǎn)生兩油泡彈

4、開現(xiàn)象，上述小油泡追趕大油泡現(xiàn)象與單油泡浮升速度受泡徑影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)論相吻合；兩油泡并排流動(dòng)時(shí)存在互相吸引和復(fù)雜隨機(jī)擺動(dòng)現(xiàn)象，起因于泡吸原理和湍流作用因素。2.對(duì)多油泡群局部流動(dòng)特性進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)多油泡流動(dòng)也存在油泡互相吸引和復(fù)雜隨機(jī)擺動(dòng)現(xiàn)象，致使多油泡群存在復(fù)雜相互作用及運(yùn)動(dòng)軌跡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，格子Boltzmann方法模擬的水包油油泡群運(yùn)動(dòng)特征與實(shí)驗(yàn)拍攝結(jié)果較為吻合，為油水兩相流流動(dòng)特性研究提供了一種有效的模擬分析工具。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞