天然氣集輸系統(tǒng)固體顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和沉積的研究

【摘要】：天然氣,是一種重要的高品質(zhì)的能源和化工原料,在工業(yè)和國民生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。在天然氣集輸系統(tǒng)中,存在著各種不同的固體顆粒,這些顆粒會(huì)隨著天然氣的輸送沉積在集輸系統(tǒng)的一些特殊管段,造成集輸系統(tǒng)管段和設(shè)備的堵塞、損壞。本文對含有固體顆粒的高含硫天然氣在集輸系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行了研究,針對常見的管段進(jìn)行了顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和沉積的模擬。進(jìn)行的主要工作和結(jié)論如下所示:采用基于LJ流體的對應(yīng)態(tài)原理模型計(jì)算了天然氣的物性,編制了精確計(jì)算天然氣密度和粘度的程序。結(jié)果表明,即使在高壓(13.96 MPa)情況下天然氣的密度和粘度的計(jì)算誤差也保證在1.5%以下。利用商業(yè)軟件,對含有固體顆粒的天然氣在水平圓管管段、彎頭管段、變徑管段和T型三通管段四種常用管段內(nèi)的流場和固體顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡分別進(jìn)行了模擬,并計(jì)算了顆粒的沉積率和無量綱-沉積速度。結(jié)果表明:顆粒在管段內(nèi)的沉積率和沉積速度隨顆粒密度和直徑的增大而增大,且直徑大于300μm的顆粒,很快全部沉積在管壁上;顆粒的沉積率和沉積速度隨天然氣集輸溫度的升高呈先減小后增大的趨勢,隨天然氣集輸系統(tǒng)壓力的升高而降低,隨天然氣流速的增大而降低;顆粒的沉積速度與顆粒弛豫時(shí)間密切相關(guān),隨顆粒弛豫時(shí)間的增大,顆粒沉積速度先減小后增大。在彎頭管段、變徑管段和T型三通管段,顆粒均會(huì)發(fā)生明顯的沉積現(xiàn)象。對于彎頭管段,顆粒較易沉積在彎頭外側(cè)的位置。對于變徑管段,變徑比越大,顆粒的沉積率越大;相同變徑比的條件下,沉積率也與擴(kuò)張角有關(guān),在擴(kuò)張角從10o到90o的范圍內(nèi),顆粒的沉積率隨擴(kuò)張角先增大后減小,在擴(kuò)張角45o時(shí)達(dá)到最大。對于T型三通管段,顆粒的沉積率隨支干管徑比(0.4-1.0)的增大先增大后減小,在支干管徑比0.7時(shí)達(dá)到最大,且支管內(nèi)顆粒的沉積率更易受各種因素的影響。 【關(guān)鍵詞】：天然氣集輸系統(tǒng) 顆粒沉積 彎頭 變徑管 T型三通
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TE86
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意義11
• 1.2 氣固兩相流動(dòng)概述和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 氣固兩相流動(dòng)概述11-12
• 1.2.2 氣固兩相湍流流動(dòng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 論文主要內(nèi)容及框架15-17
• 1.3.1 論文主要內(nèi)容15-16
• 1.3.2 論文框架16-17
• 第二章 天然氣氣固兩相流動(dòng)的模擬17-29
• 2.1 天然氣密度和粘度的計(jì)算17-23
• 2.1.1 天然氣密度計(jì)算17-19
• 2.1.2 天然氣粘度計(jì)算19-21
• 2.1.3 程序計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證21-23
• 2.2 溫度和壓力對天然氣密度和粘度的影響23-24
• 2.2.1 溫度對天然氣密度和粘度的影響23-24
• 2.2.2 壓力對天然氣密度和粘度的影響24
• 2.3 氣固兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬24-27
• 2.3.1 氣相控制方程24-26
• 2.3.2 顆粒運(yùn)動(dòng)控制方程26-27
• 2.4 固體顆粒沉積率以及沉積速率計(jì)算27-28
• 2.4.1 顆粒沉積率27
• 2.4.2 顆粒沉積速度27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 水平圓直管段固體顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和沉積研究29-39
• 3.1 數(shù)學(xué)模型29-30
• 3.1.1 問題描述29
• 3.1.2 簡化模型29-30
• 3.2 流場數(shù)值模擬30
• 3.3 顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和沉積模擬30-31
• 3.4 模擬結(jié)果及分析31-38
• 3.4.1 速度場分布31
• 3.4.2 顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡31-32
• 3.4.3 結(jié)果分析32-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第四章 彎頭管段固體顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和沉積研究39-47
• 4.1 數(shù)學(xué)模型39-40
• 4.1.1 問題描述39
• 4.1.2 簡化模型39-40
• 4.2 流場數(shù)值模擬40-41
• 4.3 顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和沉積模擬41
• 4.4 模擬結(jié)果及分析41-46
• 4.4.1 速度場分布41-42
• 4.4.2 顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡42-43
• 4.4.3 結(jié)果分析43-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 第五章 變徑管段固體顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和沉積研究47-55
• 5.1 數(shù)學(xué)模型47-49
• 5.1.1 問題描述47-48
• 5.1.2 簡化模型48-49
• 5.2 流場數(shù)值模擬49
• 5.3 顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和沉積模擬49
• 5.4 模擬結(jié)果及分析49-54
• 5.4.1 流場模擬結(jié)果49
• 5.4.2 顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡49-50
• 5.4.3 結(jié)果分析50-54
• 5.5 本章小結(jié)54-55
• 第六章T型三通管段固體顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和沉積研究55-62
• 6.1 數(shù)學(xué)模型55-56
• 6.1.1 問題描述55-56
• 6.1.2 簡化模型56
• 6.2 流場數(shù)值模擬56-57
• 6.3 顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和沉積模擬57
• 6.4 模擬結(jié)果及分析57-61
• 6.4.1 流場模擬結(jié)果57
• 6.4.2 顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡57-58
• 6.4.3 結(jié)果分析58-61
• 6.5 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 附錄A67-68
• 附錄B68-69
• 致謝69

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