油水兩相流湍流液滴擬序結構不穩定性分析

《油水兩相流湍流液滴擬序結構不穩定性分析》是依託天津大學，由金寧德擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：油水兩相流湍流液滴擬序結構不穩定性分析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：金寧德
• 依託單位：天津大學

項目摘要

油水兩相流廣泛存在於工業生產過程中的各個領域，作為一個複雜非線性系統，其流動行為是各種流動條件下的石油工業套用中重要研究問題。迄今，尚未對其兩相流湍流流動結構形成和發展取得清楚認識，尚需從全新複雜系統理論與方法角度揭示其複雜流動機制。針對垂直上升管中油水兩相流湍流液滴擬序結構不穩定性問題，在獲取流場光/電探針陣列感測器觀測數據及八電極旋轉電場式電導感測器觀測數據的基礎上，本項目擬將統計物理中新發展概念（非均衡性、非對稱性、非均勻分布特性）結合到多尺度非線性分析中，探討油水兩相流湍流液滴擬序結構不穩定性問題，以期揭示湍流液滴擬序結構不穩定性統計物理機制，為油水兩相流湍流特性的統計理論研究提供新方法。

結題摘要

本項目針對油水兩相流湍流液滴擬序結構不穩定性問題，在獲取流場光/電探針陣列感測器及旋轉電場式電導感測器實驗觀測數據的基礎上，將統計物理中的新發展概念（非均衡性、非對稱性、非均勻性）結合到感測器數據分析，構建了湍流液滴擬序結構尺度非線性分析方法。首先，項目在執行過程中完成了湍流液滴擬序結構感測測量系統設計，在此基礎上，獲取了水包油乳狀液在管截面不同位置處的局部持油率、局部流速及局部油泡尺寸分布，揭示了管截面不同位置處的水包油乳狀液油泡動力學不穩定性；其次，解釋了湍流液滴擬序結構對電導法、電容法、差壓法測量持水率精度影響，為持水率感測器最佳化設計提供了兩相流體力學依據；此後，基於旋轉電場式電導感測器多通道觀測數據構建了湍流液滴擬序結構多尺度非均衡性分析方法，在多尺度複雜熵因果關係平面上揭示了湍流液滴擬序結構動力學不穩定性；此外，構建了湍流液滴擬序結構多尺度非均勻分布指示方法，從多尺度差值散點形態上提取了表征湍流液滴非均勻分布的標度，該標度可用來表征湍流液滴聚合與擊碎過程隨流動參數變化關係，有助於理解分散相流動結構轉變動力學演化機制；最後，構建了湍流液滴擬序結構多尺度不對稱性分析方法、多尺度動力學熵分析方法及多尺度層狀流界面波動互相關分析方法，多角度地揭示了湍流液滴擬序結構不穩定性統計物理機制，為油水兩相流湍流特性研究提供了新方法，開拓了新途徑。 項目在研究過程中，在國內外學術期刊發表學術論文共25篇，其中，SCI檢索論文24篇，EI檢索論文1篇。申請國家發明專利8項。出版學術專著1部。培養畢業博士研究生4人，培養畢業碩士研究生14人。4人獲得天津大學優秀碩士學位論文。4人獲得研究生國家獎學金（博士生1人，碩士生3人）。項目按計畫完成了預期研究內容，達到了預期研究目標，獲得了預期研究成果，其成果可為我國石油工業最佳化油氣田開發方案及研發井孔地球物理測井儀器提供理論與技術支撐。