论文题目: 粘弹性流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中的非定常流
论文类型: 博士论文
论文专业: 油气井工程
作者: 杨元建
导师: 崔海清
关键词: 变系数二阶流体,偏心环空,轴向往复,非定常流,数值计算
文献来源: 大庆石油学院
发表年度: 2005
论文摘要: 聚合物驱油在大庆油田工业化应用以来,得到了较好的驱油效果。与此同时,聚驱抽油机井与水驱抽油机井相比有诸如示功图肥大、泵效下降、抽油杆偏磨、检泵周期缩短等问题。这些问题的发生与产出液的粘弹性特征不无关系,而做轴向往复运动的抽油杆在油管中往往处于偏心的位置工作,这更加重了以上问题的产生。显然,研究聚驱井产出液在抽油杆做轴向往复运动的井筒中的流动规律,对于聚驱井抽油机工作参数的优选,防止抽油杆偏磨具有重要的工程实际意义。本文采用变系数二阶流体本构方程来描述聚驱井产出液的粘弹性流变性,研究了变系数二阶流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中的非定常流。分别建立了直角坐标系和双极坐标系下变系数二阶流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的基本方程;建立了变系数二阶流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流时内管壁上的压力分布公式。利用双层的Crank-Nicholson 隐式差分格式对变系数二阶流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的基本方程进行了离散,利用Matlab 的左除操作对由运动方程形成的稀疏线性方程组进行了数值求解,从而得到了变系数二阶流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的数值解。通过对运动方程的数值求解,获得了变系数二阶流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的速度分布、瞬时流量分布、平均流量和内管壁压力分布;分析了内外管偏心度、内管冲程及冲次对速度分布、瞬时流量分布、平均流量和内管壁压力分布的影响;还利用数值计算结果,对比分析了相同条件下数值计算出的变系数二阶流体和幂律流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的速度分布、瞬时流量分布、平均流量和内管壁压力分布。对比分析结果显示,变系数二阶流体和幂律流体在速度分布和瞬时流量分布上都有较大的差异;而相同条件下用变系数二阶流体模型计算的平均流量比用幂律流体模型计算的平均流量小;同时由于变系数二阶流体模型中的第二法向应力差系数使得上冲程存在一个使内管居中的效应,下冲程存在一个使内管偏心的效应,而对于幂律流体和Weissenberg 流体则无此效应。通过两种不同质量百分比浓度的HPAM 水溶液在内管做轴向往复运动的偏心环空中的非定常流实验,把忽略弹性项后数值计算的平均流量与实验实测的平均流量进行了比较,二者吻合较好。可以认为,本文建立的基本方程和数值计算方法是正确的。
论文目录:
第一章 前言
1.1 本文的意义
1.2 研究现状
1.2.1 偏心环空中的流动
1.2.2 粘弹性流体
1.3 本文要做的工作
第二章 粘弹性流体及其轴向流动
2.1 Rivlin-Ericksen 张量及其分量
2.2 线性粘弹性流体
2.3 非线性粘弹性流体
2.4 粘弹性流体在内管做轴向运动的偏心环空中的流动
第三章 粘弹性流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的基本方程
3.1 假设条件
3.2 直角坐标系下的基本方程
3.2.1 本构方程
3.2.2 连续性方程
3.2.3 运动方程
3.2.4 初始条件
3.2.5 边界条件
3.2.6 I_2 的表达式
3.3 双极坐标系的引入
3.4 双极坐标系下的基本方程
3.4.1 本构方程
3.4.2 运动方程
3.4.3 初始条件
3.4.4 边界条件
3.4.5 I_2 的表达式
第四章 粘弹性流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的数值计算
4.1 求解区域的剖分
4.1.1 空间平面的剖分
4.1.2 时间轴的剖分
4.2 基本方程的离散
4.2.1 运动方程的离散
4.2.2 初始条件的离散
4.2.3 边界条件的离散
4.2.4 I_2 的离散
4.3 数值计算
4.3.1 计算步骤
4.3.2 初始场的求解
4.3.3 动态场的求解
第五章 粘弹性流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的速度分布
5.1 Poiseuille 流的初始速度场
5.2 非定常流速度分布的影响因素分析
5.2.1 偏心度对速度分布的影响
5.2.2 内管冲程对速度分布的影响
5.2.3 内管冲次对速度分布的影响
5.3 粘弹性流体与幂律流体速度分布的对比
第六章 粘弹性流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的流量计算
6.1 流量计算基本公式
6.2 瞬时流量的计算
6.2.1 粘弹性流体的瞬时流量分布
6.2.2 粘弹性流体与幂律流体瞬时流量分布的对比
6.3 平均流量的计算
6.3.1 偏心度、内管冲程和冲次对平均流量的影响
6.3.2 粘弹性流体与幂律流体压力梯度与平均流量关系的对比
6.4 实验研究
6.4.1 实验目的
6.4.2 实验装置和实验方法
6.4.3 实验液体及其流变性测量
6.4.4 实验结果与分析
第七章 粘弹性流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的内管壁压力分布
7.1 内管壁压力分布基本公式
7.2 Poiseuille 流的内管壁压力分布
7.3 非定常流时的内管壁压力分布
7.3.1 偏心度对压力分布的影响
7.3.2 内管冲程对压力分布的影响
7.3.3 内管冲次对压力分布的影响
结论
本文的创新点
致谢
附录
参考文献
攻读博士学位期间发表的文章
攻读博士学位期间参加的科研项目
详细摘要
发布时间: 2005-12-09
参考文献
- [1].粘弹性流体偏心环空非定常流的数值计算[D]. 杨树人.大庆石油大学2006
- [2].粘弹性流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的压力梯度[D]. 李楠.大庆石油学院2010
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