稠油是我國的重要資源,其物性受溫度的影響較大。而稠油物性的改變則會嚴重影響除砂器的除砂效果,增加不必要的能量損耗,甚至導致整個除砂系統(tǒng)及管道無法正常運行。本文將利用理論分析與數(shù)值模擬相結合的方法研究稠油溫度對除砂器除砂性能的影響。主要研究內容如下:（1）研究稠油的性質,分類與組分。了解稠油在不同溫度下的特點及對應的動力黏度。（2）基于液固分離原理,建立除砂器的幾何模型。采用RNG k-ε模型、對流項的QUICK離散格式、壓力梯度項的PRESTO!壓力插補格式和壓力速度耦合SIMPLEC算法對除砂器液相流場進行數(shù)值模擬計算,分析研究液相流場的速度、壓力、湍流分布規(guī)律。（3）采用DPM模型在液固兩相（稠油除砂）與液液固三相（含水稠油除砂）模擬的基礎上,改變稠油溫度,顆粒直徑,油水混合比三個主要參數(shù)。經(jīng)過174組液固兩相模擬與162組液液固三相模擬,明確了除砂效率與稠油溫度、顆粒直徑、油水混合比之間的關系。（4）對模擬結果進行分析,綜合考慮提高分離效率與減少能量損耗兩方面因素確定了在實際工況中,34℃（動力黏度為1.860 Pa·s）為進行油水混合比為0.2的含水稠油除砂的最適溫度;38℃（... 

【文章來源】：西安石油大學陜西省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

水力旋流除砂器基本結構

8圖2-2流體流動形式2.2除砂器的性能指標通常來講，除砂器的性能指標指的是除砂器的分離效率與壓降，而這兩個性能指標也是評價除砂器好壞最重要的兩個標準。分離效率指的是除砂器分離所需分離物的能力，而壓降則指的是在分離過程中除砂器需要消耗的能量。在兩個性能指標中，分離效率最為重要。因為對于能量的損耗，有許多方法可以進行彌補，而在實際工況中提高分離效率則相當?shù)睦щy。2.2.1分離效率除砂器在石工行業(yè)最重要的作用就是將砂粒與氣液分離，所以除砂器對于砂粒的分離能力是衡量其好壞最為重要的指標。對于除砂器對砂粒的分離能力我們一般用分離效率來表示，分離效率越高除砂性能越好。同時分離效率也可以反應除砂器結構參數(shù)設定的合理性，對于除砂器結構的改進有著重要的參考作用。除砂器的分離效率是指進入除砂器的總粒子中被成功分離的粒子所占的百分比，具體表現(xiàn)為從底流口被集砂筒捕集的粒子與從進料口進入除砂器粒子的比值。表達式如下所示%10012×=SSη（2-1）式中，S1——從進料口進入除砂器的粒子總質量(kg)S2——在集砂筒被成功捕集的粒子總質量(kg)由于這種計算方法過于簡單，所以在精確性上略有不足。在實際的生產(chǎn)應用中為了提高計算的精確性，人們通常使用分級效率算法對除砂器的分離效率進行計算[24]。表達式如下所示%1001122×=iiiigSgSη（2-2）

17們引入了N-S方程，并通過以N-S方程建立數(shù)學模型的方法對湍流的流動過程進行模擬。關于湍流數(shù)值模擬的方法，目前主要有直接數(shù)值模擬法和非直接數(shù)值模擬法兩種。直接模擬方法比較“簡單粗暴”，其并不使用任何模型，直接使用計算機通過較大的計算量對N-S方程進行計算求解。這種方法適用范圍較小并且需要計算功能較為強大的計算機才能完成。非直接模擬法應用范圍較廣，主要是使用大渦模擬和雷諾平均模擬兩種方法進行計算[41]。具體數(shù)值模擬分類如圖3-1所示：圖3-1Fluent中提供的湍流模型有標準kε模型、單方程模型、RNGkε模型、Realizablekε模型、Reynolds應力方程模型、大渦模擬方法（LES）、代數(shù)應力方程模型等。下面將對在油氣儲運方面應用最為廣泛的三種模型進行介紹：1、標準的kε模型在Fluent中，kε模型是較早投入應用的模型之一，同時也是許多其他模型的基矗kε模型由兩組獨立的方程組成，主要是對速度和長度兩個物理量分別進行計算。在該模型中k表示由湍動能引起的動量變化，ε表示湍動能由于克服黏性力做功而轉化為熱運動動能的轉化速率。它是由科學家們從各類實驗結果中總結出的經(jīng)驗方程。kε模型適用于大多數(shù)湍流模型，但精度與其他模型相比較低。kε模型可表現(xiàn)為下面兩個方程：()()()ktbkjktjiiSMGGxkxxkutk+++++=+2ρε21σμμρρ（3-7）()()()εεεεεερεεσμμρερεSkCGCGkCxxxutbkjtjii++++=+2231（3-8）

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3373232