用于油罐防沉降的射流搅拌系统研究

论文摘要

针对石油储备用大型工业油罐的特点,为防止或降低罐内油泥的沉积,提高原油及储罐的利用率,本文提出了一套射流搅拌系统,通过一个旋转的射流搅拌器喷出同种介质的原油带动罐内液体运动,有效地防止油泥的生成。论文对工业油罐内射流搅拌系统进行了设计,并对射流搅拌器内外流场进行了数值模拟。首先,针对油泥沉降规律,设计了一套防止沉降的射流搅拌系统,对该系统的组成、工作原理等进行了研究,并采用奇点分布法对其重要部件——轴流叶轮进行了设计,给出了主要计算过程。其次,建立了射流搅拌器的实体模型及其外部流场的实体模型,先对射流主体运动进行了模拟,研究了不同喷嘴直径、不同喷射速度以及不同罐体直径时的流场情况,得到其速度衰减的规律;在此基础之上,对一边旋转一边喷射的流场进行了模拟,研究了射流搅拌器旋转速度对于射流主体段的影响规律。再次,将设计的叶片翼型的直角坐标导入到三维实体软件CAXA中,运用其放样功能完成了叶片的实体建模,再根据已有的其他结构的数据完成了整个射流搅拌器本体的内部流场的实体建模。通过对射流搅拌器本体内部流场的数值模拟,研究了不同叶轮转速下和不同入口流量下轴流叶轮叶片的压力分布和速度分布规律,以及喷嘴内部的压力分布和速度分布规律。最后,针对射流搅拌器本体内部流场的数值模拟结果,通过一系列后处理手段,对其整体的水力性能进行了预测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 油罐清洗技术现状
• 1.2.2 防沉降搅拌技术现状
• 1.2.3 流体喷射混合方面研究进展
• 1.2.4 冲击射流研究进展
• 1.2.5 油泥沉降规律
• 1.3 本论文研究内容
• 第2章 射流搅拌系统
• 2.1 系统组成
• 2.1.1 射流搅拌器本体
• 2.1.2 循环油泵
• 2.2 系统工作原理
• 2.3 搅拌器罐内布置
• 2.4 轴流叶轮设计
• 2.5 射流打击力
• 2.6 本章小结
• 第3章 射流基本方程及数值分析模型
• 3.1 控制方程
• 3.2 湍流模型
• 3.2.1 雷诺应力模型
• 3.2.2 涡粘模型
• 3.3 控制方程离散方法
• 3.4 流动计算方法
• 3.5 网格划分
• 3.6 边界条件设置
• 3.7 收敛残差设置
• 3.8 时间步长设置
• 3.9 本章小结
• 第4章 射流搅拌外部流场数值模拟
• 4.1 射流搅拌外部流场实体模型的建立
• 4.1.1 射流搅拌器实体模型的建立
• 4.1.2 外部流场实体模型的建立
• 4.2 外部稳态流场的数值模拟
• 4.2.1 网格划分及边界条件设置
• 4.2.2 模拟准确性验证及湍流模型选择
• 4.2.3 模拟工况
• 4.2.4 模拟结果
• 4.2.5 结果分析
• 4.3 外部非稳态流场的数值模拟
• 4.3.1 网格划分及边界条件设置
• 4.3.2 模拟工况
• 4.3.3 模拟结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 射流搅拌器内部流场数值模拟
• 5.1 射流搅拌器实体模型的建立
• 5.1.1 轴流叶轮实体模型的建立
• 5.1.2 喷嘴实体模型的建立
• 5.1.3 其余部分实体模型的建立
• 5.2 计算区域划分及边界条件设置
• 5.2.1 计算区域划分
• 5.2.2 边界条件设置
• 5.3 模拟工况
• 5.4 模拟结果
• 5.4.1 轴流叶轮叶片表面压力及速度分布
• 5.4.2 喷嘴内部压力及速度分布
• 5.5 本章小结
• 第6章 射流搅拌器水力特性分析
• 6.1 水力特性预测手段
• 6.2 射流搅拌器水力特性预测
• 6.2.1 不同转速对输出扭矩的影响
• 6.2.2 输出功率与转速之间的关系
• 6.2.3 喷射反冲力预测
• 6.3 射流搅拌器效率预测
• 6.3.1 轴流叶轮效率预测
• 6.3.2 整体效率预测
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 总结
• 展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表