预测气液两相分层流界面剪切应力的新方法

西南石油大学学报（自然科学版）

2015年12月第37卷第6期

JournalofSouthwestPetroleumUniversity（Science&TechnologyEdition）

Vol.37No.6Dec.2015

DOI：10.11885/j.issn.16745086.2013.12.10.03

（2015）06011908文章编号：16745086

中图分类号：TE832；O359+.1

文献标志码：A

预测气液两相分层流界面剪切应力的新方法

郑平1，赵梁2*，刘永铭1

1.辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001

2.四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610207

摘要：针对水平管气液两相分层流界面剪切应力的预测，建立了基于计算流体力学（CFD）方法的剪切滑移壁面模型，即将气液界面处理为固定的具有均匀剪切应力的水平滑移壁面。利用FLUENT软件模拟了气相流动，气液界面采用剪切滑移壁面边界条件，通过对比实验测量的气相流场分布得到气速和界面剪切收敛值，并由收敛值拟合得到界面摩擦因子与气相雷诺数的关联式。应用这一关联式的预测结果与实验间接测量值吻合较好，并且在气、液相雷诺数9400??ReG??50000和21000??ReL??30000范围内优于Taitel和Dukler与Sidi-Ali和Gatignol模型。表明剪切滑移壁面模型可以有效地控制关键参数，提高预测效率和精度，为CFD方法预测气液两相分层流界面剪切应力提供了新的思路。

关键词：气液两相分层流；CFD；界面摩擦因子；界面剪切应力；剪切滑移壁面模型

ANewMethodforPredictingInterfacialShearStressofStratified

Gas-liquidTwo-phaseFlow

ZhengPing1,ZhaoLiang2*,LiuYongming1

1.CollegeofPetroleumEngineering，LiaoningShihuaUniversity，Fushun，Liaoning113001，China

2.StateKeyLaboratoryofHydraulicsandMountainRiverEngineering，CollegeofHydraulicandHydra-electricEngineering，SichuanUniversity，

Chengdu，Sichuan610207，China

Abstract：AnewSlip-shearwallmodelbasedoncomputationalfluiddynamics（CFD）forpredictingtheinterfacialshearstressofstratifiedgas-liquidtwo-phaseflowinhorizontalpipeisestablishedinthispaper，inwhichtheinterfaceisconsideredasaflatslipwallwithuniformshearstress.ThegasflowfieldissimulatedbyFLUENT.Comparedwithexperimentalvaluesofgasvelocityproperties，theconvergencevaluesofgasflowrateandinterfacialshearstressareobtained，andanewconstitutiverelationofinterfacialfrictionfactorandgasReynoldsnumberisdeducedfromtheconvergencevaluesfitting.Andtheinterfacialshearstressispredicted，whichisingoodagreementwiththeexperimentaldata，andbetterthanthatofTaitel&DuklerandSidi-Ali&GatignolmodelswhenthegasReynoldsnumberisfrom9400to50000andtheliquidReynoldsnumberisfrom21000to30000.Theresultsshowthattheslip-shear-wallmodelcancontrolthekeyparameterseffectively，improvethepredictionefficiencyandaccuracy，andprovideanewapproachtothepredictionofinterfacialshearstressofstratifiedgas-liquidflowbyCFD.

Keywords：stratifiedgas-liquidtwo-phaseflow；CFD；interfacialfrictionfactor；interfacialshearstress；slip-shear-wallmodel网络出版地址：http：//