水平突变管内油水两相流数值模拟

范开峰， 王卫强， 孙 策， 石海涛， 万宇飞

（1.辽宁石油化工大学，辽宁抚顺113001；2.中国石油大学（北京），北京102249）

油水两相流动因所处的流动条件不同而具有多种流型［1］。现阶段，我国大部分陆上油田已进入开发后期［2］，为了提高采收率，往往采用注水方法开采［3－4］，因此油水两相流普遍存在于地面集输管网和长距离输送管道中［5］。随着石油开采向沙漠、海洋等地域扩展，所开采原油大多为高黏原油，并且含水率往往很高，研究不同含水率下油水两相流混输流型、压降等问题对于合理选择油品输送方式具有重要作用。在油品输送过程中，典型的突变管径管道应用较为广泛，运用计算流体力学软件研究不同含水率油水两相流在突扩管道和突缩管道中的流动特性可以为管路的实际生产运行提供参考。

1 几何模型与网格划分

1.1 几何模型

选用二维几何模型，管道水平布置，其结构及尺寸分布如图1所示，长度单位为m。

1.2 网格划分

采用规则四边形网格结构对管道模型进行划分，对突扩和突缩处网格采取加密处理（如图2所示）。

图1 突扩管与突缩管几何模型Fig.1 The geometry model of sudden expansion pipe and sudden contraction pipe

图2 突扩管与突缩管局部网格放大图Fig.2 The local grid view of sudden expansion pipe and sudden contraction pipe

2 问题描述与模型设置

2.1 问题描述

所研究问题基础参数以新疆某油田实际油品物性参数为参考［6］，原油为中质稠油，密度为930kg／m3，黏度为0.926Pa·s。原油含水率分别取50%、60%、70%、80%，管道左侧为速度入口，右侧设为自由出流出口，其中入口流速取0.8m／s。

2.2 模型设置

采用VOF模型求解油水两相流流动，它是一种在固定的欧拉网格下的表面跟踪方法，通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的体积分数来模拟多相流动［7］，具有模拟精度高、能够处理复杂边界和适用范围广等特点。……