[發(fā)明專利]一種模擬管輸減阻劑在近壁區(qū)微觀減阻性能的實(shí)驗(yàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811244583.7
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109406093B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬亞超;練章華;黃志強(qiáng);李琴;謝豆
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄

1.一種模擬減阻劑在近壁區(qū)微觀減阻性能的實(shí)驗(yàn)方法，共包含十個(gè)步驟，分別為①準(zhǔn)備管道內(nèi)壁試件；②計(jì)算微凸體高度變化范圍；③確定微凸體外體形狀；④計(jì)算不同高度微凸體的出現(xiàn)次數(shù)；⑤制造管道內(nèi)壁微觀模型MOD1；⑥形成實(shí)驗(yàn)流體域；⑦在實(shí)驗(yàn)流體域的前后增加整流緩沖裝置；⑧觀測流體域流態(tài)變化；⑨分析加入減阻劑后的流體域流態(tài)變化；⑩對比加劑前后流態(tài)變化狀況，分析減阻劑在近壁區(qū)的微觀減阻性能；

所述的步驟①為準(zhǔn)備管道內(nèi)壁試件：在待測油氣管道上割取出管道內(nèi)壁試件，用清水去除管道內(nèi)壁試件上的污垢；

所述的步驟②為計(jì)算微凸體高度變化范圍：測量管道內(nèi)壁的粗糙度Ra，設(shè)置微凸體的高度服從正態(tài)分布N(Ra，1.5625*Ra²)，微凸體的高度變化范圍為Ra±3.75Ra；

所述的步驟③為確定微凸體外體形狀：觀測管壁微凸體形貌特征，并根據(jù)微凸體形貌特征采用球形(1)、橢球形(2)、錐形(3)、柱形(4)或多面體形(5)構(gòu)造微凸體外體形狀；

所述的步驟④為計(jì)算不同高度微凸體的出現(xiàn)次數(shù)：將微凸體的高度變化范圍[Ra-3.75Ra,Ra+3.75Ra]劃分為N等分，計(jì)算N等分微凸體的平均高度H₁，H₂，H₃，…，H_i，…，H_N，所述的根據(jù)微凸體高度累積分布函數(shù)F(X)，按公式計(jì)算H_i的發(fā)生概率P(H_i)；設(shè)置不同高度微凸體出現(xiàn)的總次數(shù)為M，H_i高度微凸體的出現(xiàn)次數(shù)Oci為M×P(H_i)；

所述的步驟⑤為制造管道內(nèi)壁微觀模型MOD1：采用步驟③中的微凸體外體形狀，將步驟④中微凸體高度H_i擴(kuò)大1000倍，制作單微凸體實(shí)體模型(6)，單微凸體實(shí)體模型(6)由底板(8)和擬微凸體(7)構(gòu)成，底板(8)形狀制作為正六邊形、正方形、正三角形或其它等邊多邊形，以便各微凸體之間能夠依靠底板(8)緊密相連；底板(8)取剛性材質(zhì)，配套強(qiáng)磁性安裝座(18)，以便底板(8)能吸附在強(qiáng)磁性安裝座(18)上；根據(jù)單微凸體實(shí)體模型的出現(xiàn)次數(shù)Oci構(gòu)建微凸體矩陣，微凸體矩陣的組合形成管道內(nèi)壁微觀模型MOD1；

所述的步驟⑥為形成實(shí)驗(yàn)流體域：強(qiáng)磁性安裝座(18)四周配套透明玻璃板(19)，以形成實(shí)驗(yàn)流體域；

所述的步驟⑦為在實(shí)驗(yàn)流體域的前后增加整流緩沖裝置：通入含熒光示蹤劑的待測流體，并采用柵欄型網(wǎng)格(20)對液體流態(tài)進(jìn)行整流，使液體流入實(shí)驗(yàn)流體域時(shí)為層流狀態(tài)；實(shí)驗(yàn)流體域后面接流體緩沖區(qū)域(211)，減少后續(xù)流體對實(shí)驗(yàn)流體域內(nèi)流狀的影響；

所述的步驟⑧為觀測流體域流態(tài)變化：采用高速攝像機(jī)拍攝待測流體在實(shí)驗(yàn)流體域內(nèi)靠近管道內(nèi)壁微觀模型MOD1時(shí)的流態(tài)變化狀況T1；

所述的步驟⑨為分析加入減阻劑后的流體域流態(tài)變化：向管道內(nèi)壁試件加注減阻劑，重復(fù)步驟②到⑧，并制作管道內(nèi)壁微觀模型MOD2，并觀測待測流體在實(shí)驗(yàn)流體域內(nèi)靠近管道內(nèi)壁微觀模型MOD2時(shí)的流態(tài)變化狀況T2；

所述的步驟⑩為對比加劑前后流態(tài)變化狀況，分析減阻劑在近壁區(qū)的微觀減阻性能：根據(jù)加劑前后流體流態(tài)變化狀況T1和T2，對比分析管道近壁區(qū)液體的流動(dòng)跡線、旋渦大小、紊流狀態(tài)程度；流動(dòng)跡線越平滑、旋渦越小、紊流狀態(tài)越低，減阻劑在近壁區(qū)的微觀減阻性能越佳。