PHOENICS与PIV技术在幂律流体环空流数值模拟中的应用

"该文基于PHOENICS软件和PIV技术，对幂律流体在同心环空管道中的流动进行了数值模拟与实验对比研究，重点关注流体的轴向和切向速度分布，旨在理解非牛顿流体的环空流特性。" 本文主要讨论了在石油工程领域中，特别是钻井过程中常见的幂律流体在同心环形空间中的流动特性。幂律流体是一种非牛顿流体，其剪切应力与剪切速率之间遵循幂律关系，这种流体在实际工程中如钻井液具有重要应用。在钻井过程中，钻井液的流动状态可能介于层流和紊流之间，对流场的理解至关重要。 作者首先介绍了粒子图像测速（Particle Image Velocimetry, PIV）技术，这是一种用于实时测量流场中速度分布的光学方法。通过在流场中散布示踪粒子，利用激光照射并记录粒子图像，通过图像处理可以得到流场的瞬态速度分布信息，这对于理解和分析复杂流动现象非常有效。 然后，作者运用PHOENICS软件构建了幂律流体在同心环空管道中的数值模型，该软件是广泛应用于计算流体力学领域的工具，特别适用于石油工业中的水力学设计。通过数值模拟，作者得到了幂律流体的轴向和切向速度分布，发现当内管静止时，最大轴向速度靠近内管壁，而当内管旋转时，最大轴向速度区域移至外管壁。此外，靠近内管壁的切向速度最大，并随内管转速增加而增大。 通过对比数值模拟结果与二维PIV实验数据，最大相对平均误差仅为5.925%，表明两种方法得出的结果吻合度高，验证了使用PHOENICS和PIV技术研究非牛顿流体环空流的有效性。这些研究成果对于优化钻井液性能、提高油气开采效率和理解复杂环空流动现象具有重要意义，同时也为将来使用PHOENICS模拟其他类型流体在类似环境下的流动提供了参考。 关键词涉及的技术和概念包括：PIV技术，PHOENICS软件，幂律流体，环空流动，速度分布，数值模拟。这些关键元素共同构成了对非牛顿流体流动特性的深入探究，为石油工程领域的流动控制和流体动力学建模提供了有价值的理论支持。