多相流基础第一章 绪论
01第一章绪论(给水排水备课版)
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液体的主要物理力学性质
膨胀性(热胀性)α：一定压强下，随着温度升高，液体体 积增大的性质。 膨胀性的大小以体积膨胀系数α来度量： 体积膨胀系数α ：液体体积的相对增大值与温度的增值之比。 单位为温度的倒数
dv 1 dv V dT V dT
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液体的主要物理力学性质
气体具有显著的压缩性和膨胀性。温度和压强的变化对气体 容重影响很大。
筒间充入实验液体。内筒r1=1.93cm，外筒 r2=2cm，内筒高 h=7cm，转轴上扭矩M=0.0045N· m。求该实验液体的粘度。 解：
h
n
r1 r2
得
注意：1.面积A的取法； 2.单位统一
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例：
设有一液体粘度测定仪。如图， 测定仪的内、
外两筒间具有同一轴线．两筒间的间隙甚小。共间充满 待测定的液体。测定仪的内圆筒被 扭丝悬挂着。所受
相邻液层接触面的单位面积上所产生的内摩擦力的大 小与两液层之间的速度差du成正比，与两液层之间距离dy 成反比，同时还与液体性质有关，其表达式如下：
du dy
或
du dy
上式就是“牛顿内摩擦定律”的表达形式 ， 为随 液体种类不同而导出的比例系数，称为动力粘滞系数。
du T A dy
力学上引入了“理想流体”的概念：忽略粘滞性或
假定为没有粘滞性的流体。
上述关于“理想流体”的假设其实是 一种重要的研究方法！
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2 r 例：已知圆管中的流速分布公式为： u c(1 2 ) R
r R
r R
流速分布如图所示。试求管中粘滞切应力τ的分布公式。
解： 根据牛顿内摩擦定律有下式：
2c r，切应力在管内呈三角形分布。 式中， 2 为常系数，故 R
第一章绪论
第一章
绪论
§1.1 流体力学的任务及其发展简史
流体力学在中国 大禹治水---4000多年前的大禹治水，说明我国古代已 有大规模的治河工程。 (公元前256～210年)秦代，在公元前256-前210年间便 修建了都江堰、郑国渠、灵渠三大水利工程，说明当时 对明槽水流和堰流流动规律的认识已经达到相当水平。 真州船闸---北宋（960-1126）时期，在京杭大运河上 修建的真州船闸与十四世纪末荷兰的同类船闸相比，约 早三百多年。 近代，我国出现了象钱学森、周培源、吴仲华等流体力 学知名专家，但流体力学整体在我国发展较为缓慢，有 待于诸位的努力！
流体力学应用广泛，已派生出很多新的分支:
电磁流体力学、生物流体力学
化学流体力学、地球流体力学
高温气体动力学、非牛顿流体力学 爆炸力学、流变学、计算流体力学等
第一章
绪论
§1.1 流体力学的任务及其发展简史
二、流体力学的发展
流体力学是人类同自然界作斗争、在长期的生产实践中 发展起来的。 流体力学的西方史——古代流体力学的情况。 古希腊学者阿基米德在公元前250 年发表学术论文《论浮体》，第一个 阐明了相对密度的概念，发现了物体 在流体中所受浮力的基本原理──阿 基米德原理。奠定了流体静力学的基 阿基米德（Archimedes， 础。
第一章 绪论
§1.1 流体力学的任务及其发展简史
1821-1845年，另一途径是一些土木工程师，根据实 际工程的需要，凭借实地观察和室内试验，建立实用 的经验公式，以解决实际工程问题。这些成果被总结 成以实际液体为对象的重实用的水力学。 代表人物有毕托（H.Pitot）、谢才（A.de Chezy）、 达西（H.Darcy）等。
公元前287－212）
多相流基础 chapter 3-homogeneous flow
1
µh
=
x
µg
+
1− x
µl
Applicability of homogeneous flow model（均 （ 相流模型的适用性） 相流模型的适用性）
（1）In fact, the gas and liquid phase velocity are not equal, they are approximately equal at the conditions of high void fraction （gas flow entraining few liquid droplets）or very small void fraction （liquid flow entraining few gas bubbles ） （2）So actually homogeneous flow model is just applicable to bubbly flow and mist flow （3）In general, the system pressure is higher, the fluid velocity is faster, and the calculation result of homogeneous flow model is better, some investigators suggest the scope of homogeneous flow model is:
dp πd 2 d πd 2 πd 2 δz − δz − τδzπd − δzρg sin θ = Gu dz 4 4 dz 4
The equation can be arranged into:
dp 4τ d 4τ 2 d 1 − = + ρg sin θ + (Gu ) = + ρg sin θ + G dz d dz d dz ρ
流体物性参数与管流基础知识单相流和多相流
10.1
流量检测的基本概念
10.1.1 流量和流量计
10.1.2 流体物性参数与管流基础知识
10.1.3 流量检测仪表的分类
10.1.2 流体物性参数与管流基础知识
1. 流体的密度
流体的密度
单位体积的流体所具有的质量
M V
(10-6)
流体密度是温度和压力的函数，流体密度通常 由密度计测定，某些流体的密度可查表求得。
10.1
流量检测的基本概念
10.1.1 流量和流量计
10.1.2 流体物性参数与管流基础知识
10.1.3 流量检测仪表的分类
10.1.1 流量和流量计
流量
单位时间内流体流经管道或明渠某横截面的数量， 又称瞬时流量。当流体以体积表示时称为体积流量 ,以质量表示时称为质量流量。
体积流量
质量流量
10.1.1 流量和流量计
体积流量的计量单位为米3／秒(m3/s); 质量流量的计量单位为千克/秒(kg/s); 累积体积流量的计量单位为米3(m3); 累积质量流量的计量单位为千克(kg)。 除上述流量计量单位外，工程上还使用米3 /时 (m3/h)、升/分(L/min)、吨/小时(t/h)、升(L)、 吨(t)等作为流量计量单位。
(10-8)
粘度是温度和压力的函数，可由粘度计测定， 有些流体的粘度可查表求得。
3. 流体的压缩系数和膨胀系数
10.1.2 流体物性参数与管流基础知识
流体的粘性
在一定的温度下，流体体积随压力增大而缩小的特性
流体的膨胀性
在一定压力下，流体的体积随温度升高而增大的特性
流体的压缩性
流体的压缩性用压缩系数表示，定义为：当流体温度 不变而所受压力变化时，其体积的相对变化率
多相流体运动规律
多相流体运动规律引言多相流体是指由两个或两个以上相态的物质混合而成的流体，包括气液两相流、气固两相流、液固两相流等。
多相流体的运动规律是研究多相流体流动行为的基础，对于工程领域中的石油勘探开发、化工过程、环境工程等都具有重要的意义。
本文将介绍多相流体的运动规律，并重点讨论几种常见的多相流体运动模型。
多相流体运动方程多相流体的运动可以通过运动方程来描述，常见的多相流体运动方程有欧拉方程和拉格朗日方程两种。
欧拉方程是基于连续介质假设的，将多相流体视为连续介质，通过对质量守恒、动量守恒和能量守恒等定律的应用得到。
拉格朗日方程则是基于微观粒子的运动轨迹，将每个粒子的位置和速度作为变量，通过粒子的运动方程来描述多相流体的运动行为。
多相流体欧拉方程多相流体的欧拉方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程质量守恒方程描述了多相流体中各相的质量守恒关系。
假设多相流体由N个相组成，每个相的质量分数分别为αi，相速度分别为u i，则质量守恒方程可以写作：$$ \\frac{{∂(α_i ρ_i)}}{∂t} + ∇·(α_i ρ_i u_i) = 0 $$其中，ρi为相i的密度。
动量守恒方程动量守恒方程描述了多相流体中各相的动量守恒关系。
假设多相流体中每个相受到的总压力为p i，总应力张量为τi，引入相间压力p ij=−p j+p i和相间摩擦力τij=τj−τi，则动量守恒方程可以写作：$$ \\frac{{∂(α_i ρ_i u_i)}}{∂t} + ∇·(α_i ρ_i u_i u_i) = -∇p_i + ∇·τ_i + ∑_{j≠i}∇·(α_iρ_i u_i u_i p_{ij}) + ∑_{j≠i}[(α_i ρ_i u_i u_{ij})⋅n_{ij}]A_{ij} + \\sum_{j≠i} G_j $$其中，u ij=u i−u j，n ij为相间分界面的单位法向量，A ij为相间分界面的面积，G j为体积力项。
第一章 流体力学 绪论
化，从而容易得出理论分析的结果。所得结果，对于某
些粘性影响很小的流动，能够较好地符合实际；对粘性 影响不能忽略的流动，则可通过实验加以修正，从而能 比较容易地解决实际流动问题。
例1-1. 一底面积为40cm×45cm，高1cm的木块，质量为5kg，沿着 涂有润滑油的斜面等速向下运动。已知速度v=1m/s，δ=1mm，求润滑 油的动力粘度系数。
运动粘度
动力粘度
，单位：m2/s 同加速度的单位
说明：1）气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小。 2）液体粘度随温度升高而减小，气体的粘度随温度升高而增大。（见 P7水的粘度和空气的粘度）
液体 吸引力 T↑ μ↓ 微观机制： 气体 热运动 T↑ μ↑
d 无黏性流体
无粘性流体，是指无粘性即μ=0的液体。无粘性液体实际上
第一章 绪论
本章导读
§1.1流体力学及其任务
§1.2作用在流体上的力 §1.3流体的主要物理性质 §1.4牛顿流体和非牛顿流体
本章小结
§1.1 流体力学及其任务
1. 研究对象：流体
⑴定义：所谓流体就是液体和气体的合称。
⑵基本特征是具有流动性。
所谓流动性是指流体的微小切力作用下，连续变
P
RT
式中：P —— 气体的绝对压强（Pa）； ρ —— 气体的密度（Kg/cm3）； T —— 气体的热力学温度（K）； R —— 气体常数；在标准状态下，
R 8314 ( J / Kg K ) M
，M为气体的分子量，空气的气体常数R=287J/Kg．K。
适用范围：当气体在很高的压强，很低温度下，或接近于液态时，其 不再适用。
第一篇 第四章 多相流体的渗流机理
第四章多相流体的渗流机理前面已经分别研究了储层岩石本身的一些渗储性质以及多相流体(油、气、水)的相态转化及其物理性质。
那么当这两者相结合，即多相流体在高度分散、弯弯曲曲的毛细孔道所构成的岩石中，其分布及流动又会产生什么样的岩石—流体综合特性呢?岩石颗粒细、孔道小，使得岩石具有巨大的表面；流体本身又是多组分的不稳定体系，在孔道中又有可能同时出现油、气、水三相，这种流体分散储集在岩石中会造成流体各相之乱流体与岩石颗粒固相间存在着极大的多种界面(气一固、气一液、液一液、液一固界面)。
因此，界面现象极为突出，表现出与界面现象有关的界面张力、吸附作用、润湿作用及毛管现象、各种附加阻力效应等等，对流体在岩石中的分布和流动产生重大的影响。
因此，地下流体在岩石中的流动既不同于油、气、水在管路中的流动，更不同于水在河床中的流动而具有其特定的性质。
通常，人们把流体在多孔介质中的流动称为渗流。
渗流时，首先需要了解的是在岩石孔隙中油水究竟是怎样分布的?流动过程中会发生哪些变化?有什么特点?实用中采用哪些参数来描述地层中各种阻力的变化?如何减少和消除这些附加阻力?只有研究了渗流物理特性，才能找出油井生产指标(如产量、压力)变化的原因，也只有研究了渗储机理、岩石的润湿性等，才能对部分原油不能采出的原因有深刻的认识。
因此，本章研究的内容也是如何提高采收率的部分基础。
此外，本章中有关相对渗透率曲线及毛管压力曲线的研究，是油藏工程计算分析中极为重要的基础和资料，具有极大的实际意义。
第一节储层岩石中的各种界面现象无论在天然原始油层中存在有束缚水的情况还是注水开发的油层，其中流体至少存在着油水两相，当地层压力降到泡点压力后，还会因原油脱气而出现油气水三相。
因此，可以认为油层是一个由固相和两个不互溶的液相，以及有时还有气相等所构成的比面极大的高度分散系统。
而在这一系统中，所呈现的有关界面性质的一些问题，诸如水驱洗油问题，互溶混相驱油时的油水界面消失的问题，以及由于存在油水界面时的毛细管附加阻力问题等，都是与两相界面分子的相互作用有关的。
采油课件：第1章油井流入动态及多相流动计算(4.7教室)
• 1968年，沃格尔对不 同流体性质、油气比、 相对渗透率、井距、 压裂井、污染井等各 种情况下的21个溶解 气驱油藏进行了计算。
低 高
排除高粘度原油及严重污染的油井后，绘制了一条 参考曲线，这一曲线被称为沃格尔曲线。
Vogel曲线及方程
利用Vogel方程绘制IPR曲线的步骤
已知地层压力和一个测试点：
二、油气两相渗流时的流入动态
(一)垂直井油气两相渗流时的流入动态 平面径向流，直井油气两相渗流时油井产量公式为：
Ko Kro K
o、Bo、Kro都是压力的函数。用上述方法绘制IPR曲线十分
繁琐。通常结合生产资料来绘制IPR曲线。
1.Vogel 方法
①假设条件：
a.圆形封闭油藏，油井位于中心； b.均质油层，含水饱和度恒定； c.忽略重力影响； d.忽略岩石和水的压缩性； e.油、气组成及平衡不变； f.油、气两相的压力相同； g.拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点的脱气原油 流量相同。
第一节 油井流入动态（IPR曲线）
Pwf
Qo
油气井流入动态：在一定的油层压力下，流体（油，
气，水）产量与相应的井底流压的关系，反映了油藏向该 井供油气的能力。
达 西
线性流
qo
ko AP
o L
IPR
曲
线
定 律
径向流
qo
2 kohP
o Bo
ln
re rw
表示产量与井底流压关系的曲线(Inflow Performance Relationship Curve),称为流入动 态曲线，简称IPR曲线。
qo
ln
re
2kh
rw
3 4
s
Pr kro dp