管道內(nèi)脈沖式熱源參數(shù)對流動傳熱的影響研究

劉彥昌, 劉得軍, 劉興斌, 王延軍,3, 宋曉毓, 楊愛東

(1.中國石油大學(北京)地球物理與信息工程學院, 北京 102249; 2.大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司, 黑龍江 大慶 163412; 3.哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院, 黑龍江 哈爾濱 150001; 4.中國石油渤海鉆探工程公司測井分公司, 天津 大港 300457)

0 引 言

有內(nèi)部熱源的流動與傳熱問題受到了國內(nèi)外學者的重視和研究,這些研究多針對封閉空間[1-4],對開口水平管道內(nèi)脈沖式熱源的耦合傳熱情況的研究較少。熱示蹤流量測量儀器依靠內(nèi)部熱源產(chǎn)生熱脈沖,熱源的電氣和幾何參數(shù)對測量精度影響很大。傳統(tǒng)熱源參數(shù)設計根據(jù)實驗數(shù)據(jù),受實驗條件限制,研究的情況和類型較少。本文依托生產(chǎn)測井中外徑為54 mm的組合類儀器,考慮到井下高壓環(huán)境,研究內(nèi)徑為37 mm的水平管道內(nèi)放置不同參數(shù)的脈沖式熱源進行流固耦合的熱傳導數(shù)值模擬研究,為優(yōu)化熱示蹤流量儀器中的熱源參數(shù)提供參考[5-6]。

1 理論基礎

根據(jù)流體流動三大定律可以推導出流體力學的質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程[7-13]基本方程組。

1.1 質(zhì)量守恒方程

質(zhì)量守恒定律是單位時間內(nèi)流體微元體中質(zhì)量的增加,與同一時間間隔內(nèi)流入該微元體的凈質(zhì)量相等。根據(jù)這一定律,可以得到質(zhì)量守恒方程

(1)

式中,ρ為密度;t為時間;u為流體速度矢量。

1.2 動量守恒方程

動量守恒定律是指微元體中流體的動量對時間的變化率等于外界作用在該微元體上的各種力之和。……