油罐出口高黏原油传输的研究

论文摘要

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1.20×10~3Pa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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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
• 一、主要结论
• 二、有待进一步解决的问题
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢