新型稠油水环发生器维稳特性与结构优化研究新型稠油水环发生器维稳特性与结构优化研究：未知摘要：为了改善水环在输送稠油过程中易失稳的问题，提出了一种新型水环输送发生器，开展了水环维稳特性及优化研究.采用VOF模型进行模拟，根据水环成型原理建立了层流水环流动数值模型，并通过对比实验结果验证了该数值模型的正确性，据此研究了新型水环发生器不同间隙厚度的水环维稳特性和螺旋叶片对水环维稳特性的强化效果.结果表明：间隙厚度过大过小都不利于水环的形成和稳定，当流速为1m/s?r，在直径为19mm管道中，发生器间隙为1.4mm所产生的水环较稳定，即间隙厚度与主管段直径比为3∶20时效果最好；采用螺旋叶片结构可以将水环稳定长度由150mm提高到500mm，增幅达2.3倍.关键词：稠油输送；数值模拟；水环；稳定性：TE832文献标志码：AAbstract：Inordertosolvetheunstabilityofthecoreannularflowinthetransportofhighviscousoil，thispaperproposedanewcoreannularflowgenerator，andexploredthestabilitycharacteristicsandoptimizationresearchofgeneratortransmissioncharacteristics.Tosimulatethecoreannularflowundertheconditionofdifferentthicknessandtoimprovethestabilitycharacteristicsbyusingspiralblade，theVOFmodelwasusedtosimulatethefloAnumericalmodelofcoreannularflowaccordingtotheprincipleofcoreannularflowformingwasestablished，andthecorrectnessofthenumericalmodelwasverifiedbycomparingtheexperimentalresults.Theresultsshowthattheformationandstabilityofcoreannularflowisnotconductivewhenthethicknessofthegapistoolargeortoosmall，andwhentheflowrateis1m/s，thecoreannularflowgeneratedbythegeneratorgapof1.4mminthepipewiththediameterof19mmismorestable，whichmeansthatwhentheratioofthegapthicknesstothediameterofthemainpipeis3∶20，themosteffectiveresultisobserved.Theuseofhelicalbladescanincreasethestablelengthofthecoreannularflowfrom150mmto500mmwithanincreaseof2.3.Keywords：heavyoiltransportation；numericalsimulation；coreannularflow；stability我国稠油资源丰富，然而稠油运输是困扰多年的难题.稠油在管道运输中，由于其高粘特性，不仅需要消耗大量的能量来克服沿程摩阻，而且对管道的材质承压要求很高，同时会增大管道的事故发生概率.加热、稀释和乳化是目前常用的稠油输送方法，这些方法存在着能耗高、建设成本高、油品质量变化大等问题.因此，稠油运输领域迫切需要一种高效、经济的运输方法.试验和数值模拟是学者研究低粘水环输送高粘稠油的常用方法.潘大林等[1]在专利中首次提出采用水来润滑管道实现粘性流体的输送，该方法可以有效减少摩擦损失，适用于管道输送高粘原油.屠大燕等[2]提出两不相溶液体在平行板间及同心圆管中的环状流动理论模型，推导了体积流量与压力梯度的关系方程式，并与单一液体满管输送工况开展对比，结果发现环状流动压降明显，环状流具有良好的节能效果，为稠油水环输送理论奠定了基础.1994年，艾克森公司的Ho和Li[3]按7～11的水油比制备了油包水型乳状液，成功运用水膜输送.油越稠、黏度越大（稠油密度通常小于水的密度），越适合液环输送.油包水型乳状液的密度与水的密度十分接近，是液环输送适应性较强的一种“稠化油”.1996年，Arney等[4]用苏阿塔原油μ=115Pa?s和ρ=996kg/m3和1%钠硅酸盐水溶液在d=0.05m的水泥管、镀锌管和碳钢管研究发现，相同条件下，水泥管高度疏油，不易被污染，长期抗污.Tripathi等[5]利用一种简单而有效的二维建模结构模拟了一种水膜发生器结构并研究了不同张力对水膜稳定性的影响.屠大燕等[2]从流动状态、流速分布、流量大小等方面分析了水环输送原油的流动特性，建立了水环输量与摩阻的函数关系.水环输送技术目前存在的主要问题：随着运输距离的增加，低粘度流体（水）包裹高粘流体（稠油）的环状水膜会逐渐消失，即水环失稳.失稳原因：水和油密度差的存在导致同心环状流逐渐变为偏心环状流，进而失去环状流形状，水与油混合，油流接触管壁导...