粘彈性聚合物溶液攪拌流場數(shù)值模擬研究.pdf

1、部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)是廣泛應(yīng)用于油田開采的工業(yè)產(chǎn)品之一，HPAM溶解過程是聚合物驅(qū)油工藝中的熟化環(huán)節(jié)，由于現(xiàn)在油田多采用高分子量的HPAM溶液，原有的配置單元對其溶解過程產(chǎn)生不適用性，導(dǎo)致溶解熟化時間長、攪拌效率低，在攪拌槽底部容易結(jié)塊，直接影響HPAM溶液的輸入質(zhì)量和聚合物驅(qū)的宏觀經(jīng)濟效益。因此，對于研究HPAM溶液的流變性質(zhì)，給出適合描述HPAM溶液流變性的本構(gòu)方程及流動控制方程，建立合理的攪拌流場數(shù)學(xué)模型，開發(fā)新型攪拌裝

2、置以及研究其攪拌流場的流型特點，對改善聚合物驅(qū)技術(shù)和提高原油采收率具有重要理論意義。
　　本文根據(jù)HPAM溶液的粘彈實驗數(shù)據(jù)，采用平均標(biāo)準(zhǔn)偏差作為目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合KBKZ本構(gòu)方程，擬合出不同分子量下不同濃度的松弛時間譜。在松弛時間呈10-2-103s之間的規(guī)整梯度下，找出對應(yīng)的松弛模量的變化規(guī)律；在準(zhǔn)確可靠表征HPAM溶液粘彈性的前提下，將松弛時間譜的個數(shù)減少為三個，降低了工程計算的難度。為改進(jìn)HPAM溶液熟化配置單元，設(shè)計出一種螺

3、旋翅片式節(jié)能槳，該攪拌槳主體支架為錨形，主體槳葉底部橫梁為圓柱形，在攪拌槳兩端槳葉緊貼圓管外壁增裝螺旋翅片，螺旋翅片逆時針自兩端圓管的底端旋轉(zhuǎn)到達(dá)圓管的上端。螺旋翅片的這種空間旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)有利于流體的軸向流動，并且使待混合流體的軸向速度沿軸線分布均勻，實現(xiàn)了流體在整個攪拌槽內(nèi)流場分布的優(yōu)化，同時該攪拌槳降低了其在攪拌過程中的功率消耗，節(jié)約能源。采用數(shù)值模擬的方法研究了錨式槳和螺旋翅片式節(jié)能槳在牛頓流體以及其它不同流變指數(shù)的假塑性流體中的三維

4、流場混合性能并進(jìn)行分析對比，包括兩種攪拌槳在不同高度處、不同雷諾數(shù)下、不同流變指數(shù)流體中的流場特性。對不同螺旋翅片間距以及攪拌槳直徑d和攪拌槽直徑D比值情況下的流場進(jìn)行分析，計算獲得錨式槳和不同幾何尺寸螺旋翅片式節(jié)能槳的功率消耗曲線以及 Metzner常數(shù)。結(jié)果表明，螺旋翅片式節(jié)能槳與錨式槳相比，促進(jìn)了攪拌槽內(nèi)流體的軸向和徑向流動，減小了功率消耗，提高了全槽平均剪切速率。隨著螺旋翅片間距的增大和d/D比值的減小，攪拌槳功率消耗降低，同時