Fluent软件管道中液固两相流动数值模拟研究

.1管道中液固两相流动数值模拟研究摘要：本次的课题研究主要是了解管道流动的概念及应用，熟悉管道固液两相流的一般计算，分析固体颗粒在环空油管中的沉降。采用商业软件对气体输送系统进行模拟。本课题利用Gambit建立几何模型，将模型导入Fluent进行模拟计算，Tecplot软件进行后处理，计算结果用可视化图形表示出来，进而加以分析和。本文对颗粒的沉降末速度进行了分析，分别建立了有、无接箍时的颗粒沉降模型，认为流体在油管中的流动是层流状态。模拟结果表明，固相的速度分布曲线与液相速度分布曲线相似，只是固相速度曲线相对液相速度分布曲线向下平移了一定数值；颗粒主要分布于环空油管的中部，且分布较均匀；在忽略接箍的影响下，颗粒排出量要大于受接箍影响下的颗粒排出量，原因是接箍附近产生了涡流，颗粒沉降较多。关键词：固液两相流；数值模拟；Fluent软件中图分类号：TB126PipeflowcharacteristicsofentranceAbstract：Keywords：solid-liquidtwo-phaseflow；Numericalsimulation;FluentsoftwareClassification:TB126目录TOC\o"1-3"\h\z\u摘要：IAbstractII目录III1引言11.1研究背景11.2国11.3课题基本容和拟解决的主要问题21.4欧拉-拉氏模型31.5研究方法31.6研究意义42理论方法42.1控制方程42.1.1质量守恒方程42.1.2动量守恒方程42.1.3层流的控制方程52.2采用方法62.2.1GAMBIT软件介绍62.2.2GAMBIT操作步骤82.2.3FLUENT软件介绍82.2.4FLUENT操作步骤83实验原理103.1工作原理103.2实验数据104模拟介绍114.1了解研究区域并生成几何结构114.2划分网格114.3指定边界类型124.4采用FLUENT进行求解125计算结果与分析145.1错误！未定义书签。5.2错误！未定义书签。5.3错误！未定义书签。5.4错误！未定义书签。5.5错误！未定义书签。6结论15参考文献错误！未定义书签。作者简介17学位论文数据集181引言1.1研究背景流体管道是流体传输、传动和控制工程中用以输送流体介质、传递流体动力和信息的不可或缺的元件[1]。自从1904年普朗特提出边界层理论以来，就使得流体力学显得日益重要，其应用也越来越广泛[2]。固液两相流是多相流中较为常见的一种类型。在瓦特发明蒸汽机后，随着工业技术的发展，两相流的研究开始受到重视[3]。固液两相流动研究广泛存在于自然界及能源、化工、石油、矿业、水利等各个领域。近年来，随着科学技术的日益发达，管道流动技术发展速度迅速，使固液两相流理论的应用在现代工业和科学技术各个领域中的重要性也越来越明显。由于固液两相混合物的部结构、状态、组成的复杂性，至今尚无统一的分类。两相流理论模型研究的早期尝试性工作大致是从20世纪40年代末开始。几十年来，人们根据不同的观点及假设建立了不同的两相流模型。各模型及特点如表1．1所示[4]。早期的模型考虑因素比较少，形式简单，计算方便，但误差较大；后期的模型更加接近实际情况，比较完善，然而计算困难，不能满足工程应用需要。由于目前对固液两相流动规律的实际应用研究还不是很成熟，使得运用于具体设备中，过流部件磨损严重，使得设备寿命很低，造成了能源和设备上的浪费。因此,开展管道固液两相流动的理论与实验研究,分析流体管道的动态特性对系统的稳定性和可靠性，以及系统中其它元件的正常工作，对于完善管道输送技术理论基础,提高管道水力输送工程的设计和运行水平,促进管道水力输送技术的工业化应用,具有重要的意义。流体管道动态特性数值模拟具有研究周期短、经费投入少，不受模型尺寸、外界扰动、测量精度限制等优点，其作用相当于在计算机上进行复杂流体试验[5]。而本文通过CFD软件对管固液两相流数值模拟研究，节省大量的实验过程、实验时间及花费，而且还能对完善液固两相流理论和改进实际应用设备的设计方法有一定的理论指导作用。1.2国外研究现状固液两相流是指连续相为水或其他液体、分散相为固体颗粒的两相流.与单相流动相比两相流的复杂性在于：一方面由于两相流各相自有一组流动参量描述运动的变量几乎增加了一倍导致两相流动基本方程组的不易封闭性[6]。连续相也称分散媒或分散外相。在分散体系中容纳着物质微粒或液滴,而其本身物理和化学性质均匀的分布[7]。目前国外对两相流动的研究日趋重视,两相流已成为现代流体力学前沿课题的一个重要容。模拟液体中固体颗粒的流动,有两种主要的研究得到了发展,这就是连续逼近法与离散逼近法.前者不能描述固态的不连续特性,它所用到的几个经验参量也难以得到。因此,一般研究人员倾向于离散逼近法[8]。最初,离散法仅仅是对单相流体提出的。现在,它已被用来研究粒子在液体层面上的流动,即两相流问题。目前，固液两相流的研究仍然以实验为主，通过实验得到数据和规律，建立完全经验性的，或者半经验半理论性的模型，进行数值模拟。由于计算简便，误差又在许可围之，因此在工程中得到了广泛应用。因此,将数值模拟和实验研究相结合必将成为将来研究两相流动的主要手段。描述固液两相流动的模型有单颗粒动力学模型、单流体模型、小滑移模型、两流体模型和欧拉-拉氏模型等多种模型,各种模型都是从不同角度对真实过程所做的近似和简化,适用于不同的围。而数值模拟作为热门研究工具，不但可以对高浓度的固液两相流进行数值模拟,而且可以克服实验周期长的缺点。而它在关管固液两相流研究方面的运用已较为普遍，但是由于复杂流道中的流动理论尚不完善，且已有多相流模型仍不十分成熟，对液固两相流场还缺乏真正的认识[9]。因此，如今多借助于CFD软件对管固液两相流数值模拟研究，对加深了解其部液固两相流场的一般规律和发展固液两相流理论有着重要的意义。1.3课题基本容和拟解决的主要问题实验是环空油管中的颗粒沉降，并认为流体在油管中的流动是层流状态,取环空油管垂直截面的1/2，分别建立有、无接箍颗粒沉降模型,参数为：泵径38mm；油管径62mm；抽油杆外径为19.1mm；流体密度为1000kg/m3；颗粒密度为2000kg/m3；颗粒粒径为0.1mm；颗粒体积分数为5%；颗粒和流体的初速度为0.135m/s。采用商业软件分析模拟管道固液两相流的运动轨迹、颗粒体积浓度对流动的影响、粒径对流动的影响。采用Gambit建模，Fluent软件进行模拟，Tecplot软件进行后处理。得出整个管道的流动特性。1.4欧拉-拉氏模型欧拉-拉氏模型是和两相流体模型同时期发展的用于研究两相流动的较为完整的两相流模型,但它最早只用于气固两相流,Lourenco曾用欧拉-拉氏模型对管道中的气固两相流进行了模拟,后来该模型才逐渐被用于研究固液两相流。在欧拉-拉氏模型中,流体相作为连续介质用欧拉法模型处理,湍流模型一般选用双相耦合的模型;而固体粒子作为扩散相则用拉氏模型处理。所以选用欧拉-拉氏模型对颗粒的沉降进行模拟。1.5研究方法求解固液两相在管道中流动的问题，首先要由流体力学、热力学、传质传热学等基本原理出发，建立质量、动量、能量、组分湍流特性等守恒方程组，如连续方程、扩散方程、湍能方程等，此即建立基本方程的含义。这些方程所构成的联立非线性偏微分方程组，不能用经典的分析法，只能用数值方法求解。数值模拟方法具有经济、高效的特点。此次课程是利用GAMBIT和FLUENT软件对固液两相在管道中流动进行模拟运算，包括如下步骤：(1)建立反映工程问题或物理问题本质的数学模型。具体地说就是要建立反应问题各个量之间关系的微分方程及相应的定解条件，这是数值模拟的出发点。这里采用Fluent软件中的Eulerian模式。(2)进行计算。这部分工作包括计算网格划分，初始条件和边界条件的输入，控制参数的设定等。这是整个工作中花时间最多的部分。需要花时间去完成。这里可用Gambit和Fluent软件去进行模拟。(3)显示计算结果。计算结果一般通过图表等方式显示，这对检查和判断分析质量和结果有重要意义。1.6研究意义通过对管道流动特性的数值模拟，了解管道的颗粒沉降情况，从而得到管道流动特性的分析，使管道流动技术发展速度更迅速，对油气井生产的过程有着指导作用，并且很够更好在工业，农业领域上更好的发挥它的作用做前期基础研究。2理论方法2.1控制方程2.1.1质量守恒方程任何流动问题都必须满足质量守恒定律。该定律可表达为：单位时间流体微元体中质量的增加，等于同一时间间隔流入该微元体的净质量。按照这一定律，可以得到质量守恒方程(massconservationequation)：(2.1)是密度，是时间，、、是速度矢量在x、y、z方向的分量。2.1.2动量守恒方程动量守恒定律也是任何流动系统都必须满足的基本定律。该定律可表达为：微元中流体的动量对时间的变化率等于外界作用在该微元体上的各种力之和。按照这一定律，可导出x、y、z三个方向的动量守恒方程(momentumconservationequation)：(2.2a)(2.2b)(2.2c)式中，p是流体微元体上的压力；、、等是因分子粘性作用而产生的作用在微元体表面上的粘性应力的分量；、、是微元体的体力，若体力只用重力，且z轴竖直向上，则=0，=0，=。上面是对任何类型的流体。对于牛顿流体，粘性应力与流体的变形率成比例，有：(2.3a)(2.3b)(2.3c)2.1.3层流的控制方程层流是流体的一种流动状态。流体在管流动时，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。此种流动称为层流或滞流，亦有称为直线流动的。流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。管流体的平均流速与最大流速之比等于0.5，根据雷诺实验，当雷诺准数引Re<2320时，流体的流动状态为层流。上面(2.3)式又称为Navier-Stokes方程。更是三维瞬态Navier-Stokes方程，无论对层流和湍流都适用。2.2采用方法2.2.1GAMBIT软件介绍(1)显示区该区域位于整个窗口的中央,是6大区域中最大的一块,用于显示几何模型及生成网格图。如果需要，该显示区可以拆分为4个小区，这样便于显示和操作。这里显示出的是一透平机械的网格图，没有对显示区进行拆分。(2)菜单区GAMBIT的菜单区位于显示区的上方，共有File、Edit、Solver和Help4个菜单。其中，File菜单提供的操作包括打开文件、保存文件、从文件中导入模型、导出当前模型、退出等。Edit菜单提供的操作包括修改系统设置、取消上一步操作、重复刚取消的操作等。Solver菜单用来选择求解器的类型，如FLUENT5、FLUENT4.5、FIDAP、POLYFLOW、NEKTON、ANSYS等。Help显示帮助信息。(3)操作区操作区位于界面右侧，由3个层次的命令组及当前命令使用的对话框构成。其中，第一层次的命令组为Operation，包含4个二级命令组，依次为Geometry(几何操作)、Mesh(网格划分)、Zone(区域指定)和Tools(工具)。这4个命令组分别有一个按钮与之对应。使用GAMBIT的大部分命令都通过这4个按钮发出。它们的功能分别是：①Geometry命令组提供了建立点、线、面及组的多种方法，以及相关的颜色控制、信息统计和数据删除等功能；②Mesh命令组包括对边界、线、面、体和组的网格划分、网格联结、信息修改等功能；③Zone命令组用于指定和命名模型及模型的边界；④Tools命令组提供了网格生成时的一些辅助工具。刚一启动Gambit时，只显示最高层次命令组，即Operation命令组。单击命令组中的某个命令按钮时，会出现相应的二级命令组。单击二级命令组中的按钮，会出现三级命令组。(4)操作提示区操作提示区位于显示区下方，由两个小窗口构成，标题分别为Transcript和Description。其中，Transcript窗口用于显示操作信息，包括完成过程中的一些重要信息和操作失败的原因。Description窗口给出当鼠标指针移到某个按钮上的提示信息。(5)命令提示行命令提示行位于界面的最下方，窗口的标题是Command。用户可在该区域输入所需要的命令。(6)控制区控制区位于界面右下角，标题为GlobalControl。通过单击该区域的按钮，可对显示区坐标系标志、颜色、模型的各个显示属性等进行控制。控制区中第一行上的5个小图标按钮，用于控制显示区的4个小区。第1个小图标按钮控制左上区，若图标按钮中的深色部分是红色，则表明显示区的左上区是活动的，可以进行操作，例如改变显示角度等；如果是灰色的，那么左上区不能进行操作。第2到第4个图标的功能与之类似。最后一个图标的作用是将显示区中所有的小区变为活动的。第2行中的各个图标按钮的作用是控制显示区域大小和视角等。5个按钮的功能依次是：缩放图形显示围以使图形整体全部显示在当前窗口中，设置旋转图形时用的旋转轴心，使用上一次的菜单及窗口配置更新当前显示，改为光源的位置和撤消上一步的操作。第3行中的各个图形按钮的作用是控制显示属性。5个按钮的功能分别是：为模型显示确定方位、指定模型是否可见等属性、指定模型显示的外观(如线框、渲染或消隐等)、指定颜色模型(是否将模型颜色与几何属性相关联)及放大局部网格模型(用于对网格进行仔细考察)。在GAMBIT中，按下鼠标左键并拖动，可以实现模型的旋转；按下中键并拖动，可以移动模型；按下右键并向上拖动可以缩小模型，向下拖动则放大模型，向左或向右拖动则旋转模型；同时Ctrl键和鼠标左键，在屏幕上拖出一个矩形框，则将模型在矩形框中的部分放大到整个显示区；同时按Shift键和鼠标左键，表示选中模型或者模型的几何元素，该功能只在特定的操作过程中有效。2.2.2GAMBIT操作步骤对于一个给定的CFD问题,可利用GAMBIT,按如下3个步骤生成网格文件：(1)构造几何模型。这个环节既可利用GAMBIT提供的功能完成，也可在其他CAD软件中生成几何模型后，导入GAMBIT之中。在生成几何模型后，可将该模型以默认的dbs格式或其他CAD格式(如ACIS格式)保存到磁盘上。(2)划分网格。这个环节需要输入一系列参数，如单元类型、网格类型及有关选项等。这是生成网格过程中最关键的环节。对于简单的CFD问题，这个过程只是操作几次鼠标的问题，而对于复杂的问题，特别是三维问题，这一过程需要精心策划、细心实施。这个环节结束后，一个与求解域完全对应的网格模型便制作出来，用户可从多个视角观察这个网格模型。(3)指定边界类型和区域类型。因CFD求解器定义了多种不同的边界，如壁面边界、进口边界、对称边界等，因此在Gambit中需要先指定所使用的求解器名称(如Fluent5/6)，然后，指定网格模型中各边界的类型。如果模型中包含有多个区域，如同时有流体区域和固体区域，或者是在动静联合计算中两个流体区域的运动不同，那么必须指定区域的类型和边界，将各区域分开来。当上述3个过程全部结束后，可将带有边界信息的网格模型存取(文件扩展名为*.dbs)或输出为专门的网格文件(*.msh),供CFD求解器读取。2.2.3FLUENT软件介绍Fluent软件是流体力学用性较强的一种商品软件，它不但可以为工程设计服务，亦可用于科学研究。它的软件设计基于“CFD计算机软件群”的概念，针对每一种流动的物理问题的特点，采用适合于它的数值解法在计算速度，稳定性和精度等各方面达到最佳，再将不同领域的计算软件组合起来，成为CFD软件群，从而高效率的解决各个领域复杂流动的计算问题。这些不同软件可以计算流场，传热和化学反应，各个软件之间可以方便地进行数值交换。各种软件采用统一前后端处理工具，为Fluent的通用化建立了基础。关于Fluent软件的详细操作在后面将被具体介绍。2.2.4FLUENT操作步骤FLUENT是一个求解器，在使用FLUENT进行求解之前，必须借助GAMBIT、TGRID或其他CAD软件生成网格模型，采用GAMBIT进行网格生成。(1)制订分析方案在使用FLUENT前，首先应针对所要求解的物理问题，制订比较详细的求解方案。制订求解方案需要考虑的因素包括以下容：1：决定CFD模型目标。确定要从CFD模型中获得什么样结果，怎样使用这些结果，需要怎样的模型精度。2：选择计算模型。在这里要考虑怎样对物理系统进行抽象概括，计算域包括那些区域，在模型计算域的边界上使用什么样的边界条件，模型按二维还是三维构造，什么样的网格拓朴结构最适合于该问题。3：选择物理模型。考虑该流动是无粘、层流，还是湍流，流动是稳态还是非稳态，热交换重要与否，流动是用可压还是不可压方式来处理，是否多相流动，是否需要应用其他物理模型。4：决定求解过程。在这个环节要确定该问题是否可以利用求解器现有的公式和算法直接求解，是否需要增加其他的参数(如构造新的源项)，是否有更好的求解方式可使求解过程更快地收敛，使用多重网格计算机的存是否够用，得到收敛解需要多久的时间。一旦考虑好上述各问题后，就可开始进行CFD建模和求解。(2)求解步骤当决定了(1)中的几个要素后，便可按下列过程开展流动模拟。创建几何模型和网格模型(在GAMBIT或其他前处理软件中完成)。启动FLUENT求解器。导入网格模型。检查网格模型是否存在问题。选择求解器及运行环境。决定计算模型，即是否考虑热交换，是否考虑粘性，是否存在多相等。设置特性。设置边界条件。设置控制求解的有关参数。初始化流场。开始求解。显示求解结果。保存求解结果。如果必要，修改网格或计算模型，然后重复上述过程重新进行计算。3实验原理3.1颗粒的运动方程在Fluent中分析单个颗粒的沉降主要是应用离散颗粒仿真模型，通过拉氏坐标下的颗粒作用力微分方程求解离散相颗粒的运动，颗粒的作用力平衡方程(笛卡尔坐标系下Y轴的形式)为:式中——固体颗粒在流体中受到的拖曳力，N;——流体及固体颗粒的速度，m/s;——流体动力粘度，Pa·s;——流体密度，kg/m3;——固体颗粒密度，kg/m3;——固体颗粒粒径，m。其中,Re表示相对雷诺数(颗粒雷诺数)，其定义式为:设Cd为流体的拖曳力系数,表达式为:其中,a1、a2、a3对于球形颗粒在一定的雷诺数下是常数,可通过相应试验获得或借鉴经验数。3.2实例分析3.2.1颗粒自由沉降末速度分析建立的模型为单个颗粒从垂直放置的盛满水的圆管中上方轻轻(初始速度为0)放置，如图1所示。在分析颗粒的沉降过程中，颗粒垂直方向速度变化情况如图2所示。分析计算中,流体密度为1000kg/m3,粘度为1.003mPa·s;颗粒密度为2000kg/m3,粒径为0.1mm。3.2.2颗粒沉降末速度分析建立的模型为一垂直圆管,管道中流体以0.15m/s的速度向上运动,认为静止的颗粒在管道入口处随流体一起进入管道中,现分析颗粒速度变化情况。在其他参数不变的情况下,得到颗粒沉降末速度的变化曲线如图3所示。3.3固液两相流分析3.3.1固液两相流连续性方程的建立对于固液两相流的数值模拟,用的比较多的主要有三种模型:单流体模型、两流体模型和欧拉-拉氏模型。本文研究的是水和煤粉颗粒的固液两相流,考虑到固体颗粒在运动过程中受到流体的拖曳力,因此选择Fluent中的Eulerian模式进行分析。在多相流中涉及到多相体积分数a1,a2,……,an,在这里有。其中体积分数代表每相所占的空间,并且每相独自地满足连续性方程和动量守恒定律。对于固液两相流的混合液而言,由于相间的相互作用,每相都应满足连续方程式中——从第p相到第q相的质量传递,其中=-和=0;——q相速度矢量;——q相物理密度。液相的动量方程为:固相的动量方程为:其中，p是所有相共有的压力;、分别为液相和固相的压应力量;为固相流场的速度梯度而引起的对液相的升力,在进行浓度较低的固体颗粒流分析时,主相为液相,因此可以忽略该项;为液相流场的速度梯度而引起的对固体颗粒的升力,特别是对于大粒径的颗粒,升力影响的作用较明显;为液相相对于固相加速时而产生的一贯性质量力,即虚拟力,在以液相为主相的模型中,该项也可忽略;为固体颗粒的速度变化即加速度变化而产生的一虚拟作用力;Ksl=Kls为固液相间的动量交换系数,主要影响曳力函数。4模拟方案介绍4.1了解研究区域并生成几何结构本文为沙水混合物在直管道的流动，首先要模拟出一个管道。打开Fluent软件的前处理块Gambit,单击Operation/Geometry/Face/CreateRealRectangular按钮,在弹出的CreateRealRectangularFace对话框中,分别输入两个坐标值，再把Direction中改成+X,+Y,构建管道，如图4.1。图4.1模拟区域几何模型4.2划分网格单击Operation/Mesh/Face/MeshFace按钮,弹出MeshFaces对话框。在列表框选取前面生成面，在IntervalSize(指定网格间隔)一栏输入10，单击Apply按钮后，生成面网格，如图4.2。图4.2面网格图4.3指定边界类型具体过程：(1)指定求解器名称。在Solver菜单中指定求解器为FLUENT5/6。(2)指定边界类型。单击Operation/Zones/SpecifyBoundaryTypes按扭，弹出SpecifyBoundaryTypes对话框。在对话框中，分别指定：①选定矩形左边的线条，在Type中选类型为VELOCITY_INLET(速度进口)，取名为inlet；②选定矩形右边的线条，在Type中选类型为OUTFLOW，取名为out；③选定矩形的上下2条线，在Type中选类型为WALL（固壁），取名为wall。操作完成后，网格模型表面上仍维持原样，但实际上已包含有边界类型的信息和体的类型的信息。调用File/Export/Mesh命令，给定文件名(如X.msh)，可将上述网格模型存盘了，接下来将在FLUENT中对此模型进行求解和分析。4.4采用FLUENT进行求解(1)准备计算网格以二维单精度(2d)方式启动FLUENT。读入前面生成的网格文件X.msh。由于在GAMBIT中使用的是mm，而FLUENT部存储网格的长度单位是m，所以需要单击Grid/Scale把单位改成mm。然后，对GAMBIT生成的网格进行检查。(2)设置模型采用FLUENT默认的求解器(即分离式求解器)、稳态流动、绝对速度公式。FLUENT提供了分离式和耦合式两类求解器。分离式求解器主要用于不可压流动和微可压流动，而耦合式求解器用于高速可压流动。因为本课题涉及到的流动并没有达到高速流动，高强体积力，因此选用分离式求解器就可以了。使用FLUENT默认的运行参考压力(标准大气压)，不考虑重力，不考虑热交换。流体按层流对待，选择标准欧拉模型，模型的所有系数用默认值。(3)定义材料保留默认设置。(4)设置边界条件在前面已经很详细的将各个面的边界类型指定了。首先，利用系统支持的C语言编写程序。（此处需补充）编好程序后，点击系统菜单define/user-definedfunction/function/interpreted的选项，在跳出的对话框中写入程序地址，点击Interpret进行程序的导入。在确认程序导入无误后，接下来进行求解设置。(5)初始化流场前面设置都为接下来的计算做的准备，但在计算前还有一个比较关键的步骤：对流场进行初始化。同时，将初始值保存起来。完成这些设置后，将当前定义的全部信息保存到文件(*.cas)中。（6）迭代计算将迭代计算的迭代次数设为2000。迭代计算完成后，可以按照后面的方法查看计算结果，还可以选择File/Write/Case$Date命令，将当前定义的全部信息及计算结果保存到文件(*.cas)和data文件(*.dat)中。这样，前面的计算工作就已完成。接下来，通过FLUENT软件的显示结果功能来观察所计算的结果，并进行分析比较。5计算结果与分析5.1模型建立及颗粒沉降分析5.1.1忽略接箍的影响由于分析的是环空油管中的颗粒沉降，并认为流体在油管中的流动是层流状态，取环空油管垂直截面的1/2进行分析，建立的模型如图4所示。图4无接箍颗粒沉降模型参数:泵径38mm;油管径62mm;抽油杆外径为19.1mm;流体密度为1000kg/m.;颗粒密度为2000kg/m3;颗粒粒径为0.1mm;颗粒体积分数为5%;颗粒和流体的初速度为0.135m/s。图5、图6为环空油管截面Y轴方向颗粒速度云图及分布图。图7为环空油管截面流体的速度分布图。图8为环空油管截面颗粒的体积分数分布图。图5颗粒沉降速度云图（图暂定）图6环空油管截面颗粒速度分布（图暂定）图7环空油管截面流体速度分布（图暂定）图8环空油管截面颗粒体积分数分布由以上分布图可知，颗粒和流体环空截面方向的速度分布相似，环空截面的环空中部速度较大两侧较小，只是颗粒的沉降速度较流体的运移速度小;同时颗粒主要集中在环空截面中部。其中环空截面监视处颗粒的平均体积分数为4.4%;颗粒的Y轴平均速度为0.0616m/s，流体的平均速度为0.0644m/s。5.2.2考虑接箍的影响考虑接箍影响时建立的模型如图9所示。图9　考虑接箍颗粒沉降模型图10和图11分别为环空油管截面颗粒速度云图及速度分布。图12为环空油管截面流体速度分布。图13为环空油管截面颗粒的体积分数分布图。图10　环空油管截面颗粒沉降速度云图（图暂定）图11环空油管截面颗粒沉降速度分布由图10和图11可知，颗粒和流体环空截面方向的速度分布相似，只是颗粒的沉降速度较流体的运移速度小，但受接箍的影响，环空截面最大速度偏离环空截面的环空中部，受接箍的影响，颗粒的体积分数分布比无接箍时混乱，但还是以集中在环空截面中部为趋势。其中，环空截面监视处颗粒的平均体积分数为4.3%;颗粒Y轴的平均速度为0.0618m/s;流体的平均速度为0.0644m/s。（图待定）图12环空油管截面流体速度分布（图待定）图13环空油管截面颗粒体积分数分布6结论(1)基于Fluent离散颗粒模型,当流体在层流环境下,固体颗粒很快就稳定到沉降末速度,并且沉降末速度与流体的速度差值为颗粒的自由沉降末速度。(2)在基于Fluent固液两相流模型下,固相的速度分布曲线与液相速度分布曲线相似,只是固相速度曲线相对液相速度分布曲线向下平移了一定数值。(3)颗粒主要分布在环空油管的中部,且分布较均匀,而靠近油管和抽油杆处,颗粒分布较少。(4)在忽略接箍的影响下,颗粒排出量要大于受接箍影响下的颗粒排出量,原因是接箍附近产生了涡流,颗粒沉降较多。(5)由速度云图可知,对于出砂较严重的井,应避免泵径与油管径相差较大,原因是作业泵与油管过渡处易产生涡流,使得大量排出颗粒下沉。参考文献[1]颖,邓先和,丁小红.缩放管湍流对流换热I场协同控制机理[J].化工学报，2004.[2]HolmanJP.HeatTransfer[M].7thed.NewYork:MeGrawHIll，1997.[3]武.固液两相流离心泵部流场的数值模拟研究[J].理工大学报，2009.[4]汪志明著.油气井流体力学与工程[M].：石油工业,2008.[5]徐佩立.边界层及其在传递过程中的应用[M].：高等教育，1988.[6]黄社华,程良骏.水涡轮机械固液两相流及泥沙磨损的理论研究[J].动力工程报，1995.[7]王箴.化工词典第四版[M].:化学工业，1998.[8]CundallP.A.LstrackO.D.Adiscretenumericalmodelforgranularassemblies[J].Geotechnique,1979.[9]斌娟，袁寿其.基于Mixture多相流模型计算双流道泵全流道固液两相湍流[J].农业工程学报,2008.[10]蔡树棠,正翘,越南.两相流基本方程[J].应用数学和力学,1986.[11]梁冰,朱玉才.固液两相流泵的边界层理论及其应用[M].：科学,2003[12]蔡亦钢.流体传输管道动力学[M]：大学1990.[13]尔皇.管道动态分析及液流数值计算方法[M].：工业大学，1985.[14]王福军.计算流体动力学分析[M].：清华大学，2004.[15]候国祥.工程流体力学[M].：华中科技大学，2005.[16]红.数值分析[M].：华中科技大学，2003....wd.