固体颗粒在液体中沉降速度的计算方法评述.pdf

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1、石油钻采工艺#&&&年!第##卷(第#期$+固体颗粒在液体中沉降速度的计算方法评述吴宁张琪曲占庆!石油大学石油工程系"山东东营#$%&’#(摘要固体颗粒在液体中的阻力系数和沉降速度的计算直接关系到现场有关工艺的设计)在固*液多相流计算中普遍采用漂移流动模型"固相在静止液体中的沉降速度是建立漂移流动模型的基础"因此"有必要深入了解固体颗粒在静止液体中的沉降动力学特性)综述了固体颗粒在静止液体中发生自由沉降和干涉沉降的阻力系数和沉降速度的计算相关式以及这些相关式的使用范围"并且考虑了颗粒形状和边界条件等因素对沉降速度的影响)主题词固体颗

2、粒液体沉降速度阻力系数计算方法作者简介吴宁"+,%-年生)+,,.年获大庆石油学院油气田开发工程硕士学位)现在攻读油气田开发工程博士学位)张琪"+,/’年生)+,$.年毕业于北京石油学院"现为教授"博士生导师"本刊编委)曲占庆"+,’/年生)+,.’年毕业于华东石油学院开发系"现为讲师)在石油开采过程中存在着许多固*液多相流问!C##89C(:1:1C89C2344!/(题)固体颗粒在液体中的阻力系数和沉降速度是有+.D+.?=C>奥森!E8FFG(A#BA/B关工程设计的重要技术参数)在固*液多相流计算中*戈尔茨坦!HIJ683F

3、KG(*冈恰洛夫!LMNOPQMR(A-B在斯托克斯分析的基础上"也分别普遍采用漂移流动模型"固相在静止液体中的沉降给出了作层流沉降时圆球形固体颗粒的阻力系数和速度是建立漂移流动模型的基础"因此"有必要深入自由沉降速度表达式)了解固体颗粒在静止液体中的沉降动力学特性)本文系统地总结了有关固体颗粒在静止液体中沉降动!#(过渡区沉降!+@;<@+&&&()它描述在固体颗粒运动中逐渐发展的紊流)力学特性的研究成果"为有关工程设计和进一步开阿连!SJJFG(A$B给出的阻力系数为展研究提供理论基础)9&0’#$123C一*圆球形固体颗粒在静

4、止液体中的自由沉降564/&=>!-(D速度把!-(式带入!+(式"通过试算可求出过渡紊流+0圆球形固体颗粒在牛顿液体中的自由沉降速区的圆球颗粒的自由沉降速度23)度在液体中固体颗粒受重力和浮力的作用"根据南京水利科学研究所窦国仁A’B和冈恰洛夫A-B也固体颗粒的受力分析"可得到直径为1的圆球形固分别提出处理过渡紊流沉降状态泥砂沉降末速的计体颗粒在静止液体中沉降速度的一般公式算方法)#-+7897$234:1!+(!/(紊流区沉降!+&&&@;<@#T+&()描述除边/567界层外完全发展的紊流)作紊流沉降的圆球形固体231阻力系数

5、是雷诺数=;<4>的单值函数"按颗粒的阻力系数接近一常数?雷诺数可把阻力系数曲线分为-个区)56U&0-$!$(把!$(式带入!+(式"得固体颗粒的自由沉降速!+(层流区沉降!;<@+()这时"颗粒与液体之间的相对运动是层流)度为早在+.$+年"斯托克斯A+B就给出了作层流沉降7897234+0%#T:1!’(时圆球形固体颗粒的阻力系数V=7>冈恰洛夫A-B也给出了关于紊流区固体颗粒的沉#-564!#(;<降速度公式)圆球形固体颗粒的自由沉降速度为!-(边界层紊流区)随着雷诺数的增加"到了另&"石油钻采工艺"%%%年-第""卷.第"

6、期一个临界状态!边界层内的液体流动也由层流变成粒在液体中处于沉降状态!则可由下式计算其沉降了紊流!液流分离点忽然后移!分离区缩小!区内压速度力增大!这就使阻力系数忽然下降!当球体表面光滑MJK@’%,%(%"LM-OPEO.EZ[)-$".时!上述现象出现在雷诺数为"#$%&的情况!随着]_^球体表面粗糙度的增加!临界雷诺数相应减小’()*由以上讨论可知!在宾汉液体中的颗粒沉降阻对于这个区域内的阻力系数计算式也有一些!力系数只与广义颗粒雷诺数GH有关!颗粒在宾汉可参见文献’+)!但这种情况应用较少*液体中具有沉降和自然悬浮两种状态

7、*",圆球形固体颗粒在非牛顿液体中的沉降-B.圆球形固体颗粒在赫E巴流体中的自由沉在工业生产过程中存在着大量非牛顿液体*因此需降速度*早在"%世纪‘%年代!国外就有人提出了解固体颗粒在非牛顿液体中的沉降*a89Pb48cEU0cd8efP流变模式*在国内!一般将符合-$.圆球形固体颗粒在幂律液体中的自由沉降*a89Pb48cEU0cd8efP流变模式的流体称为赫g巴流/012345!627789:;’<)=岳湘安’$%)等采用数值模拟体*该流体的流变模式为i方法建立了修正系数>的相关式FJ?Z@Z[CN]^-$B."Fh>?@$,%

8、"AB$C$,AA(<+DE$,A(""F@-$,%"AB$C$,AA(<+DE$,A(""