聚合物在低剪切流量控制阀内的流态判别与数值模仿
在双管注聚过程中，为削减聚合物溶液的黏度损失，研制出低剪切流量控制阀。聚合物溶液在阀内流动时，聚合物分子链始终处于拉长、收缩的变形中武汉网站制作，消费在这个过程中的能量形成节流压差。聚合物分子链变形的同时又赓续恢复，能够降低黏度损失。聚合物溶液每流过低剪切流量控制阀内的一个降压槽，过流面积从小到大转变一次，流速从高到低转变一次，流态及流场分布也响应产生一次转变。为研究这个转变规律，笔者对低剪切流量控制阀进行数值模仿。
1 流体性子
注聚溶液属于黏弹性的非牛顿流体。对注聚采用的聚合物溶液进行流变性实验，分别测得不同剪切速率对应的剪切应力值（γ1，τ1），（γ2，τ2），…，（γn，τn），效果如图1所示。
图1 流变性实验效果
通过对实验数据进行拟合分析，认为聚合物溶液吻合非牛顿流体幂律模式，本构方程为：
τ=Kγn （1）
式中，τ为剪切应力，Pa；γ为剪切速率，s-1；K为稠度系数，Pa•sn；n为流性指数。同时，拟合得出K=0.1378Pa•sn，n=0.5603。
2 流态判别模型的建立
流体在同心环形空间内任意位置x处的黏度为：
（2）
式中，η为表观黏度，Pa•s；υ为流速，m/s；D1和D2分别为环空的内径和外径，m。
剪切速率为：
（3）
剪切速率沿环空半径方向转变曲线所包含的面积（S，m2）为：
（4）
平均剪切速率：
（5）
平均剪切应力：
（6）
（7）
（8）
式中，Re为雷诺数；ρ为流体的密度，kg/m3。
式（8）化简得
（9）
对于同心环形空间，稳固性参数Y和X是判别非牛顿流体流动状况较为理想的方法，采用参数Y和X得出环形空间的临界雷诺数的计算式分别为：
（10）
（11）
经计算河南人事考试中心网，ReY=2823网络刷票，ReX=1964，ReY＞ReX。达莅临界雷诺数2823时的速度为3.12m/s，对应的聚合物的注入量为38.71m3/d。
3 流动区域的数值模仿
3.1 几何模型和网格划分
根据低剪切流量控制阀内部的正纺锤连线型环形流道，建立二维几何模型，采用正交化非均匀网格进行划分，如图2所示，总网格数为116534。
图2 流动区域的几何模型
3.2 边界条件和计算条件
速度入口边界，速度分别取3.22，4.02，4.83m/s（对应的注入量分别为40，50，60m3/d）。此时计算出的雷诺数均大于临界雷诺数2823北京户外广告，流动均为湍流状况。压力边界出口，表压为0。固壁采用无滑移边界条件，壁面上u=0。
选用标准的k－ε湍流模型，动量方程、湍动能方程和耗散率方程均选用一阶迎风格式，压力速度场的耦合求解选取SIMPLEC方法。
3.3 计算效果
入口流量分别为40，50，60m3/d时的流动压耗计算效果如图3～图5所示。
图3 入口流量40m3/d的流动压耗
图4 入口流量50m3/d的流动压耗
图5 入口流量60m3/d的流动压耗
入口流量分别为40，50，60m3/d时的流动压耗分别为2.9，4.3，6.1MPa。从流动压耗的计算效果可以看出，低剪切流量控制阀具有较好的节流作用，对聚合物的限流阻力较大。产生的节流压差，能够知足扩张封隔器的坐封要求。节流压差随着配注量的增长而增大，可实现不同配注量的要求。
单个降压槽速度等值线见图6，单个降压槽速度分布见图7。聚合物流经每个降压槽时，流场速度分布比较均匀，速度矢量转变较小，说明正纺锤型降压槽对聚合物黏度剪切率较小。
图6 单个降压槽速度等值线
图7 单个降压槽速度分布
4 中心实验
在1－12X332井开展了低剪切流量控制阀的应用实验，效果见表1。
表1 低剪切流量控制阀应用实验效果
实验数据注解，流量在33～62m3/d间的*大黏度损失率为6.83%，黏度保留率达到90%以上，节流压差达到5.98MPa，说明低剪切流量控制阀能够有用削减聚合物溶液的黏度损失。经比对，实验效果与数值模仿得出的节流压差数值接近，偏差在10%之内，验证了数值模仿效果的正确性。
5 结论
1）对注聚采用的聚合物溶液进行流变性实验，通过对实验数据进行拟合分析，认为聚合物溶液吻合非牛顿流体幂律模式。
2）通过建立的流态判别模型，确定了注聚溶液在低剪切流量控制阀内流动的临界流量，便于数值计算时湍流模型的选取。
3）中心实验与数值模仿的效果注解，低剪切流量控制阀具有较好的节流作用，能够有用削减聚合物溶液的黏度损失。
