[发明专利]一种基于动态接触角的水平油水两相流压降预测方法

权利要求书

1.一种基于动态接触角的水平油水两相流压降预测方法，包括下列步骤：

(1)确定动态接触角θ_d在水平油水两相流条件下的表达式：

其中，μ_o和μ_w分别为油相和水相的动力学黏度；U_o和U_w分别为油相和水相的流速；γ_ow为油水相间界面张力；λ为无量纲分子尺度；

(2)将动态接触角θ_d带入Young-Laplace方程的闭合关系式，对水平油水两相流分层界面形态进行预测；

(3)将油水分层界面视作圆弧，对模型预测的结果进行圆弧拟合，得到不同工况下的曲率半径r_c，从而获得曲率半径r_c的表达式：

其中h_w为水层高度，D为管道内径；

(4)分别输入油水两相的密度ρ_o和ρ_w，油水两相的运动粘度ν_o和ν_w，以及界面张力γ_ow；

(5)输入油水两相表观流速参数U_sw，U_so；

(6)将管道内径D分成N等分；

(7)计算油相和水相的压降，方法如下：

①令水层i＝0，取水层高度

②计算此水层高度情况下的油水界面曲线的曲率半径r_c；

③计算油水界面曲线与管壁之间的交点坐标(x₀,y₀)：

其中R为管道内半径；

④计算油水分界面的长度S_i

⑤计算油相和水相在管壁上的润湿周长S_o和S_w：

⑥计算此水层高度下的持水率H_w：

H_w＝1.43057h_w/D-0.12929

⑦计算水相和油相在管截面上占有的面积A_w和A_o：

A_w＝πR²·H_w

A_o＝πR²·(1-H_w)

⑧分别计算水相和油相的流动速度U_w和U_o：

U_w＝U_sw·H_w

U_o＝U_so·(1-H_w)

⑨计算水相和油相的水动力学直径D_w和D_o：

⑩计算油相与管壁之间的剪切应力τ_o，水相与管壁之间的剪切应力τ_w可表示为：

其中f_o和f_w分别表示油相和水相摩阻系数，ξ和η为经验参数，Re_o和Re_w分别表示油相和水相的雷诺数，D_o和D_w分别表示油相和水相的水力学直径；

计算油水两相间的剪切应力τ_i：

其中，U，ρ_i，ν分别为速度较快一相的速度，密度，运动粘度；

分别计算油相和水相的压降和

(8)判定i＝N是否成立；若成立，则进行下一步；若不成立，则i＝i+1重复第(7)步；

(9)将得到的水相和油相压降数组相减并取绝对值，得到压降差数组

(10)输出压降差数组中最小值对应的序数i₀；

(11)此时有得到压降参数。