基于PHOENICS順序輸送管道混油濃度紊流數(shù)值模擬_圖文

1、基于PHOE N I CS順序輸送管道混油濃度紊流數(shù)值模擬張青松趙會軍趙書華王樹立(江蘇工業(yè)學院江蘇省油氣儲運技術(shù)重點實驗室常州213016摘要本文對順序輸送混油機理進行了分析,并根據(jù)k-紊流模型,引入一些合理的假設(shè),建立了一個比較有效的順序輸送混油數(shù)學模型,并利用PHOE N I CS軟件對它進行了模擬計算,討論了流速與批次對混油濃度的影響。通過數(shù)值模擬結(jié)果來看,數(shù)值模擬能真實反映順序輸送管內(nèi)混油濃度分布情況,同時也證明了使用一些較為成熟的流體力學軟件進行計算機模擬能夠為順序輸送混油機理的研究提供一個較為準確而便利的手段。關(guān)鍵詞順序輸送;混油;數(shù)值計算;PHOE N I CS0引言對于順序輸

2、送在管內(nèi)形成混油的研究,傳統(tǒng)的是從生產(chǎn)實測數(shù)據(jù)出發(fā),或是從理論分析和推導出發(fā)并經(jīng)實驗數(shù)據(jù)修正,得到的一些混油量的計算公式,但由于影響混油的因素很多(如流速、管徑、入口條件等等,混油界面在管道內(nèi)的運動又十分復雜,這些公式在使用時都有一定的局限性。本文基于PHOE N I CS 軟件對流場的計算,結(jié)合順序輸送過程中混油的特點建立了混油模型,并借助這個模型分析了流速和輸送次序?qū)煊蜐舛鹊挠绊憽?混油機理在不同的流態(tài)下,油品在管道內(nèi)交替時產(chǎn)生混油的機理是不同的。層流流動時,由于管中心液體的流速要比平均流速大一倍,這使得后行油品的油頭呈楔形鉆入前行油品當中,造成了截面上兩種油品的不均勻分布,同時在油品的

3、比重差及濃度差作用下,兩種油品相互擴散,并由此造成了相當大的混油量。因此層流時的混油主要是由于管道截面上流速的不均勻分布造成的。而紊流流態(tài)時,其混油界面的速度分布比較均勻,此時產(chǎn)生混油的主要原因是局部流速不均勻、紊流脈動和分子擴散,其混油量也遠遠小于層流。因此,對順序輸送管道,為減少混油損失,應使管道在紊流流態(tài)下運行,其雷諾數(shù)一般應大于12×103。2順序輸送紊流模型目前工程上,紊流計算中所采用的基本方法是雷諾時均法。為了使研究方程封閉,本文采用了Bouss2 inesq假設(shè),把紊流脈動值附加項與時均值聯(lián)系起來。通過選擇紊流模型最終使方程組封閉。忽略浮升力影響,非穩(wěn)態(tài)的油品順序輸送混

4、油的紊流數(shù)學模型如下:終連續(xù)性方程:5u i5x i=0(1動量方程(N-S方程:5u i5t+j5(u i u j5x j=-5p5x i+j55x jeff5u i5x i+5u j5x i+g i(2組分方程:5c5t+j5(u i c5x j=j55x ju LP rl(c+u rP rt(c5c5x j(3紊流流動的K-雙方程:5(u i K5x i=55x i(effk5K5x i+G-(45(u i5x i=55x i(eff55x i+G lKG-C22K(5式中G=t5u i5x i(5u i5x j+5u j5x i;eff=t+l;t=CK2;油品密度;ui、uj油品速度

5、;xi、xj表示距離;p壓力;43Co m pu ter Applica tions of Petroleum2006,Vol.14No.4第一作者簡介張青松,男,江蘇工業(yè)學院在讀碩士,現(xiàn)主要從事油氣儲存與運輸研究。Prt(C紊流Sch m idt數(shù);Prl(C層流Sch m idt數(shù);t,l 紊流和層流運動粘度;t時間;gi重力加速度;c為前行油品的體積濃度;是紊流脈動動能;紊流脈動動能耗散率。對于(K-雙方程模型中5個常數(shù)采用Launder和Spalding的推薦值,C1=1.44,C2=1.92, C=0.09,k=1.0,=1.3。3模型求解本文采用PHOE N I CS3.6商業(yè)軟件

6、對以上所建立的混油模型進行了求解。該軟件采用了SI M P LEST 算法。在這種算法中擴散項采用線迭代而對流項采用點迭代,可以防止迭代過程發(fā)散。這種混合式的計算方法有利于促進強烈非線性問題的迭代過程收斂,適合于管內(nèi)傳質(zhì)問題的計算。3.1初始條件與邊界條件PHOE N I CS軟件對于邊界條件的處理采用附加源項法。在進行順序輸送混油段濃度模擬時,最主要的邊界條件為入口,設(shè)置了兩個入口I N1、I N2,用時間先后區(qū)別它們,這樣得到了先后輸送兩種油品的目的。出口,規(guī)定為自由出口,物理量的條件可按坐標局部單向化方式處理,既不規(guī)定任何邊界條件。管道壁面均為固體壁面,采用壁面函數(shù)法處理。3.2物性參數(shù)

7、的設(shè)置對于單相流體流動,由于物性是常數(shù),所以一般可以直接在前處理界面中進行設(shè)置,而油品順序輸送混油段的物性參數(shù)由于它隨各組分比例的不同而不同,必須進行PHOE N I CS3.6里面的p lant或inf or m設(shè)置。(1密度設(shè)置混油段截面密度變化遵循簡單的比例相加規(guī)律,即混油段密度為每種油品體積分數(shù)與其密度乘積之和:M=C BB+(1-C BA(6式中:A 、B、M分別為A油品、B油品和混油的密度(kg/m3;CB為B油品的體積分數(shù)。(2粘度設(shè)置混油粘度不可以用簡單的組份比例計算,但其組份仍接近于線性關(guān)系。公式如下:M=B C BB+A(1-C BA(7式中:A 、B、M分別為A油品、B油

8、品和混油的運動粘度(m2/s;A 、B為待定因數(shù),例如對于柴油和汽油可取A=0.8199,B=-0.8964。4算例分析算例1:入口流速對順序輸送混油的影響在管長為10m,內(nèi)徑為500mm的成品油管道中,93#汽油前行,0#柴油后行,流速為2m/s和1m/s的混油情況如圖2和圖3所示。對稱濃度為1%-99%的混油長度如圖4 所示。圖1V=2m/ s圖2V=1m/ s圖3 前行油品濃度分布色標圖4雷諾數(shù)對混油的影響從圖1-2中可以明顯地看出混油在管段中的濃度分布情況。圖1與圖2比較發(fā)現(xiàn),流速越大即雷諾數(shù)越大,截面上的濃度分布越均勻,在管壁附近,濃度梯度越大,因為在紊流狀態(tài)下,強勁的紊流徑向擴散,

9、使液體質(zhì)點發(fā)生劇烈的橫向交換,雷諾數(shù)越大,交換越強烈,而此時的分子擴散作用幾乎可以忽略。圖4中,帶正方形標志的曲線表示速度為2m/s的混油長度,從圖中比較可以發(fā)現(xiàn),兩條混油長度變化曲線不同之處并不明顯,這是因為紊流狀態(tài)下油品輸送,當雷諾數(shù)超過一個范圍時,相對混油量幾乎不隨雷諾數(shù)而改變。算例2:順序輸送批次對混油的影響管長10m,內(nèi)徑為500mm的成品油管道中,油品流速為1m/s,當93#汽油前行,0#柴油后行,混油情況如圖5所示。0#柴油前行,93#汽油后行,混油情況如圖6所示。輸送次序?qū)煊偷挠绊憹舛惹€如圖7 所示。圖5汽油前行, 柴油后行圖6柴油前行, 汽油后行圖7,帶正方形標志的線表示

10、前行油品為汽油,后行油品為柴油情況,從圖中可以看出前行油品汽油時,混油長度比前行油品為柴油時形成的混油段長度短些。是因為兩種油品順序輸送時,后行油品會楔入前行油品中去,在楔入過程中,在管內(nèi)表面留有前行53石油工業(yè)計算機應用2006年第14卷第4期油品的液膜,這液膜將隨混油流動而被沖走。又因為在相同的輸送條件下,粘度小的油品在管壁上附著的油層薄,所以前行油品為汽油時,液膜可以認為在層流層的混油濃度和核心層濃度相同,汽油膜瞬間沖掉。而前行油品是柴油時,由于在紊流中混油區(qū)中部濃度變化相當快,所以前行油品的膜差不多要到混油區(qū)的一半通過所選截面之后才被沖刷掉。因此形成了柴油濃度不很大的混油區(qū)“尾”。在圖

11、5與圖6的比較中也能直觀地發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象。這正與文獻12中所得到的結(jié)論相吻合。 圖7順序輸送次序?qū)煊偷挠绊?論1利用計算流體力學軟件PHOE N I CS 可以成功地模擬管內(nèi)傳質(zhì)問題,反映出混油特性,而且也能直觀地看出混油在管內(nèi)的濃度分布情況。2通過算例分析了入口流速和油品輸送次序?qū)煊偷挠绊?以此來證明此紊流模型對順序輸送混油的研究的可行性,為順序輸送的研究開辟了一條新的路線。3對影響混油的其他一些因素(如高差、管徑、溫度等等完全可以借助上面這個模型來進行分析,找出其中規(guī)律,從而為混油的檢測和切割處理提供依據(jù)和幫助。它對順序輸送的管理調(diào)度、減少混油損失也具有重要的意義。參考文獻1嚴良文、王志

12、文,折流板換熱器的數(shù)值模擬及場協(xié)同分析,石油機械,2005,33(42S palding D B,PHOE N I CSManual T R200.London :CHAM L td ,19843宋思洪、楊晨、茍小龍,空調(diào)車室氣流流場和溫度場的數(shù)值模擬,計算機仿真,2004,21(94康正凌、宮敬,管道順序輸送的混油研究,油氣儲運,2002,21(55(蘇M.B.盧里耶等著,成品油順序輸送最優(yōu)化,石油工業(yè)出版社(北京,19896PertlerM,B lass E,Stevens G W:Fickian diffusi on in binary m ixturesthat for m t w o

13、 liquid phases,A I ChE J,1996,42(47FeiW ,Bart H .Predicti on of Diffusivities in liquids,Che m .Eng .Technol,1988,21(88(美E .L.柯斯樂著,王宇新等譯,擴散-流體系統(tǒng)中的傳質(zhì),化學工業(yè)出版社(北京,20029康正凌、宮敬、嚴大凡,管道順序輸送高差混油研究,石油學報2003,24(410陶文銓,數(shù)值傳熱學(第2版,西安交通大學出版社(西安,198811蔣仕章、蒲家寧,管道順序輸送混油黏度的計算與分析,管道技術(shù)與設(shè)備2003,312蘇盧里耶,成品油順序輸送最優(yōu)化,石油工業(yè)出版社

14、(北京,1989他山之石新一代數(shù)據(jù)中心不再遙遠中國石油報訊為了讓適應變化型企業(yè)的概念更具體,更易理解,惠普設(shè)立了動成長企業(yè)體驗中心。在這里,客戶可以體驗當業(yè)務(wù)發(fā)生變化時,有適應能力的企業(yè)I T 環(huán)境如何敏捷完成變更和資源調(diào)動,滿足業(yè)務(wù)需求。新一代企業(yè)I T 基礎(chǔ)設(shè)施的基本特征是:資源虛擬化(包括資源的分割與整合及經(jīng)其后形成的“資源共享池”。形成資源虛擬化之后,在需要時要統(tǒng)一建設(shè),按需供應,即快速部署、按需供應I T 資源,實現(xiàn)資源利用率近100%,并在完成之后可以回收、重用。最后,I T 的服務(wù)與管理要實現(xiàn)同步集成,即自動的管理與服務(wù),同時跟蹤、監(jiān)控服務(wù)的使用和性能,并根據(jù)不同級別的應用提供不

15、同級別的服務(wù)。在這里,惠普憑借在I T 系統(tǒng)與服務(wù)、電源與散熱、管理、安全性、虛擬化和自動化等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域里的適應性,I T 基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)勢和服務(wù)使自動化的、全天候無人值守的惠普新一代數(shù)據(jù)中心變?yōu)楝F(xiàn)實,實現(xiàn)了企業(yè)降低I T 運營成本,提高服務(wù)質(zhì)量,加速I T 變化以支持業(yè)務(wù)需求。這些技術(shù)代表著惠普在I T 虛擬化領(lǐng)域的成就從服務(wù)器、存儲到網(wǎng)絡(luò),從操作系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件到應用,都可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣蚕淼奶摂M資源,并可通過圖形化界面進行資源配置管理和自動化部署和調(diào)度。利用惠普服務(wù)器在電源、冷卻、管理、虛擬化、安全及自動化等方面優(yōu)勢,適應I T 基礎(chǔ)設(shè)施的針對性解決方案可以解決企業(yè)用戶遇到的難題。(王志云fiel

16、d Company L td,C AP,2006,14(4:22-23Pr oducti on monit oring in a digitalizati on oilfield trend t owards t o cr oss net w ork,cr oss syste m and cr oss p latf or m. Conventi onal manual working patterns can no l ongermeet the needs of oilfield devel opment.So the verificati on and in2 quiry syste m

17、for z onati on test result of a injecti on well fr om the net w ork is studied and designed.Thr ough this syste m the integrated syste m p latf or m is set up by using net w ork technique which combines data p r ocessing,verificati on, br o wse and inquiry of the z onati on test all in one.It is use

18、d by the p lant,each petr oleu m p r oducti on divisi on,tea m of the oilfield co mpany.Key words:z onati on test of an injecti on well;verificati on on net w ork;inquiry on net w orkD EVE LO P M ENT AN D APP L I CAT I O N OF THE CO NTR OLL ER F O R I NTE LL I GENT I NTERVAL PU M P2 I NG I N O I L W

19、 E LL/L i J ian,W ang Yuecheng,Zhong Quanfeng,Petritech Petr oleu m Technical Co.,L td.Xin2 jiang,C AP,2006,14(4:24-26A ne w intelligent contr oller of energy conservati on in a pu mp ing machine is designed out which can judge indi2 rectly the fl owing capacity downhole thr ough detecting the po we

20、r of the electric machine.The contr oller can p r ol ong the p r oductive life of a well with l ow p r oducti on,and decrease wear-and-tear of each mechanical part s o as t o de2 crease the cost of po wer utilizati on.It possesses p referable antija mm ing ability.It is reliable and easy t o fix.Key

21、 words:vacuous pu mp ing judg ment;power;contr ollerTHE APP L I CAT I O N O F H I GH-GA I N ANTENNA AN D H I GH P OW ER RAD I O STAT I O N I N THE PE2 TR OL EU M PR OD UCT I O N AUT OM AT I ZAT I O N S Y STE M I N L U L I ANG O F X I NJ I ANG/J ing Enjiang,Pu W ei,Luliang O ilfield Operati on A rea

22、of Xinjiang O ilfield Subcompany,C AP,2006,14(4:27-29 This paper p resents s o me p r oble m s met in construtcti on of the biggest aut o matizati on unitary oilfield in the desert inland on the backgr ound of design and constructi on of the p r oducti on aut o mati on syste m in Luliang operati on

23、area.It was successfully used in Luliang operati on area and gained good effecti on.Key words:gain antenna;master stati on(half dupoex;single-well stati on(half dupoex;o mni antenna at the master stati on;directi onal antenna in single well;SC ADA syste m;data ter m inal(RT U;=wavelength;MDS stati o

24、n(i m port;WDS stati on(home-madeDESI GN OF THE LONG-D I STANCE AUT OMATI ZATI O N MONI T ORI NG S YSTE M I N AN O I L W E LL/ Yang Guoguang,Zhang J ianhe,Li Jian,Petritech Petr oleu m Technical Co.,L td.Xinjiang,C AP,2006,14(4:30-33 Constructi on of the aut omated inf or mati on syste m in an oilfi

25、eld includes mostly f our parts:the distributi on wire for re mote supervis ory,aut omatic syste m,leakage monot oring of oil p i pe and aut o matizati on supervis ory of the gather2 ing stati on.The p rupose is t o use the onsite monit oring syste m t o realize data aut omatic acquisiti on.Then the

26、 data are aut o matic l oaded t o the real-ti m e data base in the p lant t o p r ovide an open data p latf or m f or all levels of manage ment categ ory s o that the p r oducti on and managerial staff can kno w the p r oducti on perf or mance in ti m e,thereby t o realize aut o matizati on thr ough

27、out the p r oducti on p r ocess.It can p r ovide i m portant reference for the managerial staff t o make statistics,analysis and op ti m izati on t o the real-ti m e data t o ensure the p r oducti on unit running nor mally and t o re2 duce the p r oducti on costs.Key words:re mote supervis ory of an

28、 oil well;net w ork;data bank;designNU M ERI CA L SI M U LATI O N OF THE TURBU LENT F LOW B LEN D I NG CON CENTR ATI O N I N THE BATCH TR ANSP ORTATI O N PI PE BASE D ON PH OENI CS/Zhang Q ings ong,Zhao Huijun,et al.,The Key Laborat ory of O il and Gas St orage and Trans portati on Technol ogy of J

29、iangsu I ndustry College,C AP,2006,14(4:34-36 The blending mechanis m by batch trans portati on is analysed in this paper.S ome reas onable assu mp ti ons are in2 tr oduced according t o the k-e turbulent fl o w model.Then an effective mathe matical model f or batch trans portati on blending is esta

30、blished.PHOE N I CS s oft w are is used t o calculate it in si m ulati on.The influence of fl o w vel ocity and batch t o the blending concentrati on are als o discussed in the paper.Nu merical si m ulati on can really reflect the situa2 ti on of the blending concentrati on in the batch trans portat

31、i on p i pe fr o m the si m ulati on results.It is p r oved that s ome matured hydr o mechanics s oft w are can p r ovide accurate and convenient method f or the blending mechanis m ic study of batch trans portati on thr ough co mputer si m ulati on.Key words:batch trans portati on;blending;nu meric

32、al calculati on;PHOE N I CSTHE SUPERV I S O R Y S Y STE M O F PTSJ GENERAL DATA BASE AN D I TS APP L I CAT I O N I N M U D LO GG I NG/Shi Yuanhui,Zhang Yafeng,Huang Q iang,J ianghan W ell Logging Engineering Co mpany,C AP,2006, 14(4:37-40U sers can manage their o wn ACCESS data bank and files in Xbase,Excell and