油罐出口高黏原油传输的研究

摘要

油罐内的高黏原油在低温环境下流速很慢,严重影响了传输的速度,对高黏原进行加热或施加其它机械力的作用可以促进高黏原油流速。基于上述原因,论文首先对加热降黏技术进行了分析,然后从计算流体动力学的理论入手,利用计算流体动力学软件FLUENT对螺旋输送装置、小螺旋体和加热器及其附近高黏原油区的计算域进行了几何建模、网格的划分、边界条件的设定、湍流模型与旋转模型的选择和求解参数的设置等,进行了关于油罐内高黏原油的加热和流动行为的模拟和实验研究。
　　 高黏原油流动行为的模拟结果表明:高黏原油在螺旋输送装置的作用下,流速最大的值主要集中在沿径向的内R/2区域;而在小螺旋体作用的管道中,流速最大值主要集中在沿径向的外R/4区域。螺旋输送装置在油罐中,处在敞开型的流体约束中,对高黏原油的推动和抽吸作用都有限,在转速从60r/min到300r/min的增大过程中,流速增加的梯度远小于转速增大梯度;而小螺旋体(叶片直径100mm)处于管道(公称通径100mm)中,由于外侧有管壁包围着,对高黏原油的流动起着约束的作用,随着转速的增加,对高黏原油的抽吸作用不断加强,当转速达300r/min时,管道的原油入口区域出现了1.20×103Pa的负压区,对高黏原油有着强烈的抽吸作用。高黏原油温度场的模拟结果表明:原油沿加热器向上流动,沿油罐壁往下流动,形成了流动的回路,上层区域原油的温度和压力高于下层区域,加热器对下层区域高黏原油的加热不够充分。最后对高黏原油的温度场和流动行为进行了相关的实验。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 高黏原油加热降黏技术的研究现状

1.3 流体流动行为模拟的研究现状与理论分析

1.3.1 计算流体动力学的研究现状

1.3.2 计算流体动力学的理论分析及其应用

1.4 本论文的研究的主要内容

第2章 高黏原油在油罐近出口流动行为的研究

2.1 利用GAMBIT建模和网格划分

2.1.1 几何模型的建立

2.1.2 网格的划分

2.2 FLUENT对高黏原油计算域的计算

2.3 高黏原油流场模拟的过程

2.3.1 旋转模型的分析

2.3.2 湍流模型的分析

2.4 模拟结果及分析

2.4.1 高黏原油流动过程中的压力场分析

2.4.2 高黏原油流动过程中的流动行为的分析

2.5 本章小结

第3章 高黏原油在油罐出口管道内流动行为的研究

3.1 几何模型的建立和网格的划分

3.2 边界条件的设置

3.3 模拟结果及分析

3.3.1 高黏原油流动过程中的压力场分析

3.3.2 高黏原油流动过程中的流动行为的分析

3.4 本章小结

第4章 高黏原油在油罐中温度场的研究

4.1 能量方程及热边界条件

4.1.1 能量方程

4.1.2 辐射模型的选择

4.2 几何模型的建立和网格的划分

4.3 边界条件的设置

4.4 模拟结果及分析

4.4.1 高黏原油加热过程中的温度场的分析

4.4.2 高黏原油加热过程中的速度场的分析

4.4.3 高黏原油加热过程中的压力场的分析

4.5 本章小结

第5章 高黏原油传输装置的设计和实验

5.1 实验装置的设计

5.2 实验装置的实验过程

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢