泡沫薄膜液在直管內(nèi)的流動(dòng)特性研究.pdf

1、泡沫流體在強(qiáng)化采油(EOR)及地下儲(chǔ)存溫室氣體二氧化碳方面具有很大的發(fā)展?jié)摿?。根?jù)泡沫液在多孔介質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)特點(diǎn),本文采用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十二烷基磺酸鈉(SDS)和曲拉通(TX-100)作為表面活性劑,通過(guò)自己搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分別測(cè)量了上述三種溶液的表面張力,并進(jìn)一步研究了其表面張力隨濃度的變化規(guī)律,然后對(duì)泡沫薄膜液在直管內(nèi)的流動(dòng)特性及其影響因素進(jìn)行了分析研究。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
　　(1)管內(nèi)泡沫液流動(dòng)表現(xiàn)出剪

2、切變稀的非牛頓流體的行為特征；泡沫液的表觀粘度隨著剪切速度的增加,在一定范圍內(nèi),迅速減小:泡沫是由90%以上的氣體組成,但在管直徑5.9mm,管長(zhǎng)94cm,剪切速率為20s-1和50s-1時(shí)其表觀粘度分別為0.050Pa·s和0.038Pa·s,分別是水的50倍和38倍；當(dāng)剪切速度進(jìn)一步增大時(shí),表觀粘度趨于一個(gè)定值,但其值始終大于水的表觀粘度0.001Pa·s。
　　(2)表面活性劑溶液對(duì)泡沫薄膜液的表觀粘度有比較明顯的影響,包括

3、濃度的影響和起泡劑的影響。相同剪切速度下表面活性劑溶液的濃度越大其表觀粘度越大,管直徑5.9mm,管長(zhǎng)94cm,在剪切速率為50s-1的情況下,濃度分別為3.2g/L、4.8g/L、6.4g/L、14g/L時(shí)的表觀粘度分別為:0.021Pa·s、0.027Pa·s、0.034Pa·s、0.038Pa·s,雖然表面張力變化不大,但隨著濃度增加,管內(nèi)泡沫總個(gè)數(shù)增加,故表觀粘度也增大。不同起泡劑對(duì)薄膜液流動(dòng)特性也有明顯的影響,相同剪切速率下S

4、DS的表觀粘度大于SDBS的表觀粘度。在實(shí)驗(yàn)條件下,剪切速率為30s-1時(shí),SDS泡沫的表觀粘度為0.10Pa·s大于SDBS的表觀粘度,兩者相差大約0.05Pa·s。
　　(3)氣體內(nèi)在相對(duì)流動(dòng)阻力特性影響。在相同的剪切速率下,二氧化碳作為內(nèi)在相得到的泡沫流體比空氣的表觀粘度小,是由于二氧化碳溶解在溶液中對(duì)流體的起泡特性產(chǎn)生了影響。在剪切速率為15s-1時(shí),二氧化碳表觀粘度為0.10Pa·s,比空氣為內(nèi)在相時(shí)小0.04Pa·s。

5、
　　(4)相同的表面活性劑溶液在不同的管徑中表現(xiàn)出了不同的流動(dòng)特性:在相同的剪切速率下,隨著管徑的增大,表觀粘度值增大。
　　(5)壓降組成分析,以總壓差為850Pa的數(shù)據(jù)為例,其中由重力引起的壓差為:11.05Pa；附面層引起的壓降為:67.56Pa,大約占總壓差的10%左右；由可視化分析得出由表面張力引起的壓差為:724.80Pa。分析說(shuō)明泡沫薄膜液的流動(dòng)阻力主要來(lái)自于表面張力,但附面層引起的壓差也不可忽略。分析中存在

6、46.59Pa的壓力差,小于總壓差的6%。
　　(6)綜合各種影響因素對(duì)泡沫薄膜液在管內(nèi)的流動(dòng)特性進(jìn)行了無(wú)量綱化分析,并與現(xiàn)有的理論進(jìn)行了對(duì)比。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)(0.01＜μU/s＜0.06),泡沫薄膜液的流動(dòng)特性符合方程△P=4.08(3μu/σ)0.45σ/r。與Bretherton的模型相比,總體符合較好。由于Bretherton的理論僅適用于μU/s小于0.01的范圍,因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)研究較高剪切速率下的泡沫液流動(dòng)具有一定的指導(dǎo)

7、意義。無(wú)量綱化之后的量與量綱單位無(wú)關(guān),對(duì)于指導(dǎo)泡沫薄膜液在實(shí)際中的應(yīng)用更具普遍性和廣泛性。
　　(7)將薄膜液作為單相非牛頓流,利用冪律流體本構(gòu)方程建立模型,用FLUENT軟件模擬了不同入口速度下管道沿程壓力變化曲線。結(jié)果表明:隨著流體速度的增大,管道進(jìn)出口的壓力差先逐漸增大,后趨于平緩,顯示出剪切變稀的特性；計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)及趨勢(shì)均一致,驗(yàn)證了計(jì)算和假設(shè)的正確性。
　　(8)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了誤差分析,得出表面張力的最