天然气集输系统固体颗粒运动轨迹和沉积的研究

【摘要】：天然气,是一种重要的高品质的能源和化工原料,在工业和国民生产中发挥着重要作用。在天然气集输系统中,存在着各种不同的固体颗粒,这些颗粒会随着天然气的输送沉积在集输系统的一些特殊管段,造成集输系统管段和设备的堵塞、损坏。本文对含有固体颗粒的高含硫天然气在集输系统内的流动进行了研究,针对常见的管段进行了颗粒运动轨迹和沉积的模拟。进行的主要工作和结论如下所示:采用基于LJ流体的对应态原理模型计算了天然气的物性,编制了精确计算天然气密度和粘度的程序。结果表明,即使在高压(13.96 MPa)情况下天然气的密度和粘度的计算误差也保证在1.5%以下。利用商业软件,对含有固体颗粒的天然气在水平圆管管段、弯头管段、变径管段和T型三通管段四种常用管段内的流场和固体颗粒的运动轨迹分别进行了模拟,并计算了颗粒的沉积率和无量纲-沉积速度。结果表明:颗粒在管段内的沉积率和沉积速度随颗粒密度和直径的增大而增大,且直径大于300μm的颗粒,很快全部沉积在管壁上;颗粒的沉积率和沉积速度随天然气集输温度的升高呈先减小后增大的趋势,随天然气集输系统压力的升高而降低,随天然气流速的增大而降低;颗粒的沉积速度与颗粒弛豫时间密切相关,随颗粒弛豫时间的增大,颗粒沉积速度先减小后增大。在弯头管段、变径管段和T型三通管段,颗粒均会发生明显的沉积现象。对于弯头管段,颗粒较易沉积在弯头外侧的位置。对于变径管段,变径比越大,颗粒的沉积率越大;相同变径比的条件下,沉积率也与扩张角有关,在扩张角从10o到90o的范围内,颗粒的沉积率随扩张角先增大后减小,在扩张角45o时达到最大。对于T型三通管段,颗粒的沉积率随支干管径比(0.4-1.0)的增大先增大后减小,在支干管径比0.7时达到最大,且支管内颗粒的沉积率更易受各种因素的影响。 【关键词】：天然气集输系统 颗粒沉积 弯头 变径管 T型三通
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE86
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11
• 1.2 气固两相流动概述和国内外研究现状11-15
• 1.2.1 气固两相流动概述11-12
• 1.2.2 气固两相湍流流动的国内外研究现状12-15
• 1.3 论文主要内容及框架15-17
• 1.3.1 论文主要内容15-16
• 1.3.2 论文框架16-17
• 第二章 天然气气固两相流动的模拟17-29
• 2.1 天然气密度和粘度的计算17-23
• 2.1.1 天然气密度计算17-19
• 2.1.2 天然气粘度计算19-21
• 2.1.3 程序计算结果验证21-23
• 2.2 温度和压力对天然气密度和粘度的影响23-24
• 2.2.1 温度对天然气密度和粘度的影响23-24
• 2.2.2 压力对天然气密度和粘度的影响24
• 2.3 气固两相流动的数值模拟24-27
• 2.3.1 气相控制方程24-26
• 2.3.2 颗粒运动控制方程26-27
• 2.4 固体颗粒沉积率以及沉积速率计算27-28
• 2.4.1 颗粒沉积率27
• 2.4.2 颗粒沉积速度27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 水平圆直管段固体颗粒运动轨迹和沉积研究29-39
• 3.1 数学模型29-30
• 3.1.1 问题描述29
• 3.1.2 简化模型29-30
• 3.2 流场数值模拟30
• 3.3 颗粒运动轨迹和沉积模拟30-31
• 3.4 模拟结果及分析31-38
• 3.4.1 速度场分布31
• 3.4.2 颗粒运动轨迹31-32
• 3.4.3 结果分析32-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 弯头管段固体颗粒运动轨迹和沉积研究39-47
• 4.1 数学模型39-40
• 4.1.1 问题描述39
• 4.1.2 简化模型39-40
• 4.2 流场数值模拟40-41
• 4.3 颗粒运动轨迹和沉积模拟41
• 4.4 模拟结果及分析41-46
• 4.4.1 速度场分布41-42
• 4.4.2 颗粒运动轨迹42-43
• 4.4.3 结果分析43-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第五章 变径管段固体颗粒运动轨迹和沉积研究47-55
• 5.1 数学模型47-49
• 5.1.1 问题描述47-48
• 5.1.2 简化模型48-49
• 5.2 流场数值模拟49
• 5.3 颗粒运动轨迹和沉积模拟49
• 5.4 模拟结果及分析49-54
• 5.4.1 流场模拟结果49
• 5.4.2 颗粒运动轨迹49-50
• 5.4.3 结果分析50-54
• 5.5 本章小结54-55
• 第六章T型三通管段固体颗粒运动轨迹和沉积研究55-62
• 6.1 数学模型55-56
• 6.1.1 问题描述55-56
• 6.1.2 简化模型56
• 6.2 流场数值模拟56-57
• 6.3 颗粒运动轨迹和沉积模拟57
• 6.4 模拟结果及分析57-61
• 6.4.1 流场模拟结果57
• 6.4.2 颗粒运动轨迹57-58
• 6.4.3 结果分析58-61
• 6.5 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-67
• 附录A67-68
• 附录B68-69
• 致谢69

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