Течение двухфазной жидкости — различия между версиями

Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
Перейти к: навигация, поиск
(Новая страница: «==Моделирование течения двухфазной жидкости== '''Исполнители''': Буковская Карина Одним и...»)
 
 
(не показаны 2 промежуточные версии 2 участников)
Строка 1: Строка 1:
==Моделирование течения двухфазной жидкости==
+
#REDIRECT [[Моделирование динамики частиц в жидкости с использованием пакетов EDEM и FLUENT]]
 
 
'''Исполнители''': [[Буковская Карина]]
 
 
 
Одним из методов интенсификации работы нефтяных и газовых скважин является гидроразрыв пласта.Гидравлический разрыв пласта заключается в формирование трещин в массивах газо-, нефте-, водонасыщенных и других горных породах под действием подаваемой в них под давлением жидкости. Операция проводится в скважине для повышения дебита за счет разветвленной системы дренирования, полученной в результате образования протяженных трещин. Реализация гидроразрывов пластов на газовых скважинах стала возможной с появлением насосных агрегатов, обеспечивающих скорость закачки 3–4 куб. м/мин при давлении 100 МПа.
 
При закачке в скважину рабочей жидкости с высокой скоростью на ее забое создается высокое давление. Если оно превышает горизонтальную составляющую горного давления, то образуется вертикальная трещина. В случае превышения горного давления формируется горизонтальная трещина.
 
В качестве рабочей жидкости, как правило, используют загущенные жидкости на водной или углеводородной основе. Вместе с рабочей жидкостью закачивают закрепляющий агент (песок или твердый материал фракции 0,5–1,5 мм), заполняющий трещину и препятствующий ее смыканию. При применении загущенной жидкости за счет снижения ее утечек в пласт можно поднять забойное давление при значительном снижении скорости закачки и за счет песконесущей ее способности транспортировать закрепляющий агент по всей длине трещины.
 
 
 
В данной работе проведено моделирование двухфазной жидкости (несущая жидкость и проппант) с использованием алгоритма совмещения пакетов ANSYS FLUENT и EDEM (Coupling Module). Целью является установление зависимости вязкости смеси от концентрации частиц проппанта. Для этого измеряются скорости модельной смеси при различных концентрациях твердой фазы и различных давлениях.
 
Рассматривается установившееся течение несжимаемой жидкости с постоянной вязкостью в тонкой цилиндрической трубке круглого сечения под действием постоянной разности давлений. Если предположить, что течение будет ламинарным и одномерным, то уравнение решается аналитически, и для скорости получается параболический профиль (часто называемый профилем Пуазейля) — распределение скорости в зависимости от расстояния до оси канала
 
                v=(ρ_1-ρ_1)/4μl(1-r^2)
 
v — скорость жидкости вдоль трубопровода, м/с;r — расстояние от оси трубопровода, м;p1 − p2 — разность давлений на входе и на выходе из трубы, Па;μ — вязкость жидкости, Н•с/м²;l — длина трубы, м.
 
Закон Хагена — Пуазейля, определяющий расход жидкости при установившемся течении вязкой несжимаемой жидкости в тонкой цилиндрической трубе круглого сечения.
 
                Q=(π∙d^4∙(ρ_(1-) ρ_2))/(128∙μ∙l)=(π∙r^4∙(ρ_(1-) ρ_2))/(8∙μ∙l)
 
Q — расход жидкости в трубопроводе, м³/с;d — диаметр трубопровода, м;r — радиус трубопровода, м;p1 − p2 — разность давлений на входе и на выходе из трубы, Па;μ — вязкость жидкости, Н•с/м²;l — длина трубы, м.
 
 
 
Расчет течения Пуазейля во FLUENT  
 
Рассматривается цилиндрическая трубка с диаметром основания 10мм ,длиной 30мм.
 
В качестве жидкости было выбрано подобие воды с вязкостью в 20 раз больше воды (0.2 кг/(м*с)).
 
Граничные условия:на входе давление 1000 Па,на выходе 0 Па.
 
Сходимость решения достигалась за 70 итераций.
 
 
 
 
 
 
 
[[Файл:Vel.png|600px]]
 
*график показателей скорости
 
[[Файл:Pres.png|600px]]
 
*график показателей давления
 
[[Файл:Graf.png|600px]]
 
 
 
 
 
Расчет Coupling Module EDEM
 
Была выбрана трубка тех же геометрических размеров,параметры жидкости неизменные.Граничные условия на входе скорость 1.5 м/с ,на выходе 0 Па. Количество частиц 5% от объема цилиндра (28125 частиц)
 
размер : 1*10e-4, плотность 2500 кг/м^3.
 
размеры частиц
 
rad.0.0003 m, mass 2.82743e-07 kg,volume 1.13097e-10 m^3,velocity 1*10e-4
 
заданы периодические граничные условия.
 
Добавление частиц привело к увеличению скорости потока предположительно из-за уменьшения общей вязкости потока.Построены профили распределения скоростей жидкости и смеси.
 
Так же на представленных видео ,что распределение скоростей частиц по сечению соответствует распределению скоростей жидкости.
 
 
[[Файл:Velo_pat.png|600px]]
 
*график показателей скорости с частицами
 
 
 
[[Файл:Pres_pat.png|600px]]
 
*график показателей давления с частицами
 
 
 
[[Файл:Graph3.png|600px]]
 
 
 
 
 
{{#widget:YouTube|id=aQovnWZE_mo}}
 
{{#widget:YouTube|id=LUcas5TnEJI}}
 
 
 
меняем радиусы частиц
 
 
 
radius 0.0003
 
 
 
[[Файл:Pic1.png|600px]]
 
*график показателей скоростей 1-начало ;2-середина;3-конец;4-без частиц
 
 
 
{{#widget:YouTube|id=WFzzxLJt0sA}}
 
 
 
radius 0.0002
 
[[Файл:Pu4_01.png|600px]]
 
*график показателей скоростей 1-начало ;2-середина;3-конец;4-без частиц. 1000 итераций
 
 
 
radius 0.0002
 
[[Файл:Pu4_02.png|600px]]
 
*график показателей скоростей 1-начало ;2-середина;3-конец;4-без частиц. 2000 итераций
 

Текущая версия на 10:47, 6 февраля 2013