基于PHOENICS顺序输送管道混油浓度紊流数值模拟_图文

1、基于PHOE N I CS顺序输送管道混油浓度紊流数值模拟张青松赵会军赵书华王树立(江苏工业学院江苏省油气储运技术重点实验室常州213016摘要本文对顺序输送混油机理进行了分析,并根据k-紊流模型,引入一些合理的假设,建立了一个比较有效的顺序输送混油数学模型,并利用PHOE N I CS软件对它进行了模拟计算,讨论了流速与批次对混油浓度的影响。通过数值模拟结果来看,数值模拟能真实反映顺序输送管内混油浓度分布情况,同时也证明了使用一些较为成熟的流体力学软件进行计算机模拟能够为顺序输送混油机理的研究提供一个较为准确而便利的手段。关键词顺序输送;混油;数值计算;PHOE N I CS0引言对于顺序输

2、送在管内形成混油的研究,传统的是从生产实测数据出发,或是从理论分析和推导出发并经实验数据修正,得到的一些混油量的计算公式,但由于影响混油的因素很多(如流速、管径、入口条件等等,混油界面在管道内的运动又十分复杂,这些公式在使用时都有一定的局限性。本文基于PHOE N I CS 软件对流场的计算,结合顺序输送过程中混油的特点建立了混油模型,并借助这个模型分析了流速和输送次序对混油浓度的影响。1混油机理在不同的流态下,油品在管道内交替时产生混油的机理是不同的。层流流动时,由于管中心液体的流速要比平均流速大一倍,这使得后行油品的油头呈楔形钻入前行油品当中,造成了截面上两种油品的不均匀分布,同时在油品的

3、比重差及浓度差作用下,两种油品相互扩散,并由此造成了相当大的混油量。因此层流时的混油主要是由于管道截面上流速的不均匀分布造成的。而紊流流态时,其混油界面的速度分布比较均匀,此时产生混油的主要原因是局部流速不均匀、紊流脉动和分子扩散,其混油量也远远小于层流。因此,对顺序输送管道,为减少混油损失,应使管道在紊流流态下运行,其雷诺数一般应大于12×103。2顺序输送紊流模型目前工程上,紊流计算中所采用的基本方法是雷诺时均法。为了使研究方程封闭,本文采用了Bouss2 inesq假设,把紊流脉动值附加项与时均值联系起来。通过选择紊流模型最终使方程组封闭。忽略浮升力影响,非稳态的油品顺序输送混

4、油的紊流数学模型如下:终连续性方程:5u i5x i=0(1动量方程(N-S方程:5u i5t+j5(u i u j5x j=-5p5x i+j55x jeff5u i5x i+5u j5x i+g i(2组分方程:5c5t+j5(u i c5x j=j55x ju LP rl(c+u rP rt(c5c5x j(3紊流流动的K-双方程: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表示距离;p压力;43Co m pu ter Applica tions of Petroleum2006,Vol.14No.4第一作者简介张青松,男,江苏工业学院在读硕士,现主要从事油气储存与运输研究。Prt(C紊流Sch m idt数;Prl(C层流Sch m idt数;t,l 紊流和层流运动粘度;t时间;gi重力加速度;c为前行油品的体积浓度;是紊流脉动动能;紊流脉动动能耗散率。对于(K-双方程模型中5个常数采用Launder和Spalding的推荐值,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商业软件

6、对以上所建立的混油模型进行了求解。该软件采用了SI M P LEST 算法。在这种算法中扩散项采用线迭代而对流项采用点迭代,可以防止迭代过程发散。这种混合式的计算方法有利于促进强烈非线性问题的迭代过程收敛,适合于管内传质问题的计算。3.1初始条件与边界条件PHOE N I CS软件对于边界条件的处理采用附加源项法。在进行顺序输送混油段浓度模拟时,最主要的边界条件为入口,设置了两个入口I N1、I N2,用时间先后区别它们,这样得到了先后输送两种油品的目的。出口,规定为自由出口,物理量的条件可按坐标局部单向化方式处理,既不规定任何边界条件。管道壁面均为固体壁面,采用壁面函数法处理。3.2物性参数

7、的设置对于单相流体流动,由于物性是常数,所以一般可以直接在前处理界面中进行设置,而油品顺序输送混油段的物性参数由于它随各组分比例的不同而不同,必须进行PHOE N I CS3.6里面的p lant或inf or m设置。(1密度设置混油段截面密度变化遵循简单的比例相加规律,即混油段密度为每种油品体积分数与其密度乘积之和:M=C BB+(1-C BA(6式中:A 、B、M分别为A油品、B油品和混油的密度(kg/m3;CB为B油品的体积分数。(2粘度设置混油粘度不可以用简单的组份比例计算,但其组份仍接近于线性关系。公式如下:M=B C BB+A(1-C BA(7式中:A 、B、M分别为A油品、B油

8、品和混油的运动粘度(m2/s;A 、B为待定因数,例如对于柴油和汽油可取A=0.8199,B=-0.8964。4算例分析算例1:入口流速对顺序输送混油的影响在管长为10m,内径为500mm的成品油管道中,93#汽油前行,0#柴油后行,流速为2m/s和1m/s的混油情况如图2和图3所示。对称浓度为1%-99%的混油长度如图4 所示。图1V=2m/ s图2V=1m/ s图3 前行油品浓度分布色标图4雷诺数对混油的影响从图1-2中可以明显地看出混油在管段中的浓度分布情况。图1与图2比较发现,流速越大即雷诺数越大,截面上的浓度分布越均匀,在管壁附近,浓度梯度越大,因为在紊流状态下,强劲的紊流径向扩散,

9、使液体质点发生剧烈的横向交换,雷诺数越大,交换越强烈,而此时的分子扩散作用几乎可以忽略。图4中,带正方形标志的曲线表示速度为2m/s的混油长度,从图中比较可以发现,两条混油长度变化曲线不同之处并不明显,这是因为紊流状态下油品输送,当雷诺数超过一个范围时,相对混油量几乎不随雷诺数而改变。算例2:顺序输送批次对混油的影响管长10m,内径为500mm的成品油管道中,油品流速为1m/s,当93#汽油前行,0#柴油后行,混油情况如图5所示。0#柴油前行,93#汽油后行,混油情况如图6所示。输送次序对混油的影响浓度曲线如图7 所示。图5汽油前行, 柴油后行图6柴油前行, 汽油后行图7,带正方形标志的线表示

10、前行油品为汽油,后行油品为柴油情况,从图中可以看出前行油品汽油时,混油长度比前行油品为柴油时形成的混油段长度短些。是因为两种油品顺序输送时,后行油品会楔入前行油品中去,在楔入过程中,在管内表面留有前行53石油工业计算机应用2006年第14卷第4期油品的液膜,这液膜将随混油流动而被冲走。又因为在相同的输送条件下,粘度小的油品在管壁上附着的油层薄,所以前行油品为汽油时,液膜可以认为在层流层的混油浓度和核心层浓度相同,汽油膜瞬间冲掉。而前行油品是柴油时,由于在紊流中混油区中部浓度变化相当快,所以前行油品的膜差不多要到混油区的一半通过所选截面之后才被冲刷掉。因此形成了柴油浓度不很大的混油区“尾”。在图

11、5与图6的比较中也能直观地发现这个现象。这正与文献12中所得到的结论相吻合。 图7顺序输送次序对混油的影响5论1利用计算流体力学软件PHOE N I CS 可以成功地模拟管内传质问题,反映出混油特性,而且也能直观地看出混油在管内的浓度分布情况。2通过算例分析了入口流速和油品输送次序对混油的影响,以此来证明此紊流模型对顺序输送混油的研究的可行性,为顺序输送的研究开辟了一条新的路线。3对影响混油的其他一些因素(如高差、管径、温度等等完全可以借助上面这个模型来进行分析,找出其中规律,从而为混油的检测和切割处理提供依据和帮助。它对顺序输送的管理调度、减少混油损失也具有重要的意义。参考文献1严良文、王志

12、文,折流板换热器的数值模拟及场协同分析,石油机械,2005,33(42S palding D B,PHOE N I CSManual T R200.London :CHAM L td ,19843宋思洪、杨晨、苟小龙,空调车室气流流场和温度场的数值模拟,计算机仿真,2004,21(94康正凌、宫敬,管道顺序输送的混油研究,油气储运,2002,21(55(苏M.B.卢里耶等著,成品油顺序输送最优化,石油工业出版社(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.柯斯乐著,王宇新等译,扩散-流体系统中的传质,化学工业出版社(北京,20029康正凌、宫敬、严大凡,管道顺序输送高差混油研究,石油学报2003,24(410陶文铨,数值传热学(第2版,西安交通大学出版社(西安,198811蒋仕章、蒲家宁,管道顺序输送混油黏度的计算与分析,管道技术与设备2003,312苏卢里耶,成品油顺序输送最优化,石油工业出版社

14、(北京,1989他山之石新一代数据中心不再遥远中国石油报讯为了让适应变化型企业的概念更具体,更易理解,惠普设立了动成长企业体验中心。在这里,客户可以体验当业务发生变化时,有适应能力的企业I T 环境如何敏捷完成变更和资源调动,满足业务需求。新一代企业I T 基础设施的基本特征是:资源虚拟化(包括资源的分割与整合及经其后形成的“资源共享池”。形成资源虚拟化之后,在需要时要统一建设,按需供应,即快速部署、按需供应I T 资源,实现资源利用率近100%,并在完成之后可以回收、重用。最后,I T 的服务与管理要实现同步集成,即自动的管理与服务,同时跟踪、监控服务的使用和性能,并根据不同级别的应用提供不

15、同级别的服务。在这里,惠普凭借在I T 系统与服务、电源与散热、管理、安全性、虚拟化和自动化等关键技术领域里的适应性,I T 基础设施优势和服务使自动化的、全天候无人值守的惠普新一代数据中心变为现实,实现了企业降低I T 运营成本,提高服务质量,加速I T 变化以支持业务需求。这些技术代表着惠普在I T 虚拟化领域的成就从服务器、存储到网络,从操作系统、系统软件到应用,都可以转变为共享的虚拟资源,并可通过图形化界面进行资源配置管理和自动化部署和调度。利用惠普服务器在电源、冷却、管理、虚拟化、安全及自动化等方面优势,适应I T 基础设施的针对性解决方案可以解决企业用户遇到的难题。(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