基于PHOENICS順序輸送管道混油濃度紊流數(shù)值模擬

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(huì)軍趙書華王樹立(江蘇工業(yè)學(xué)院江蘇省油氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常州213016摘要本文對(duì)順序輸送混油機(jī)理進(jìn)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(gè)比較有效的順序輸送混油數(shù)學(xué)模型,并利用PHOE N I CS軟件對(duì)它進(jìn)行了模擬計(jì)算,討論了流速與批次對(duì)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(shí)反映順序輸送管內(nèi)混油濃度分布情況,同時(shí)也證明了使用一些較為成熟的流體力學(xué)軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬能夠?yàn)轫樞蜉斔突煊蜋C(jī)理的研究提供一個(gè)較為準(zhǔn)確而便利的手段。關(guān)鍵詞順序輸送;混油;數(shù)值計(jì)算;PHOE N I CS0引言對(duì)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(shí)測數(shù)據(jù)出發(fā),或是從理論分析和推導(dǎo)出發(fā)并經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)修正,得到的一些混油量的計(jì)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(yùn)動(dòng)又十分復(fù)雜,這些公式在使用時(shí)都有一定的局限性。本文基于PHOE N I CS 軟件對(duì)流場的計(jì)算,結(jié)合順序輸送過程中混油的特點(diǎn)建立了混油模型,并借助這個(gè)模型分析了流速和輸送次序?qū)煊蜐舛鹊挠绊憽?混油機(jī)理在不同的流態(tài)下,油品在管道內(nèi)交替時(shí)產(chǎn)生混油的機(jī)理是不同的。層流流動(dòng)時(shí),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(dāng)中,造成了截面上兩種油品的不均勻分布,同時(shí)在油品的

3、比重差及濃度差作用下,兩種油品相互擴(kuò)散,并由此造成了相當(dāng)大的混油量。因此層流時(shí)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(shí),其混油界面的速度分布比較均勻,此時(shí)產(chǎn)生混油的主要原因是局部流速不均勻、紊流脈動(dòng)和分子擴(kuò)散,其混油量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于層流。因此,對(duì)順序輸送管道,為減少混油損失,應(yīng)使管道在紊流流態(tài)下運(yùn)行,其雷諾數(shù)一般應(yīng)大于12×103。2順序輸送紊流模型目前工程上,紊流計(jì)算中所采用的基本方法是雷諾時(shí)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(dòng)值附加項(xiàng)與時(shí)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(xué)模型如下:終連續(xù)性方程:5u i5x i=0(1動(dòng)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(dòng)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(xué)院在讀碩士,現(xiàn)主要從事油氣儲(chǔ)存與運(yùn)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(yùn)動(dòng)粘度;t時(shí)間;gi重力加速度;c為前行油品的體積濃度;是紊流脈動(dòng)動(dòng)能;紊流脈動(dòng)動(dòng)能耗散率。對(duì)于(K-雙方程模型中5個(gè)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(duì)以上所建立的混油模型進(jìn)行了求解。該軟件采用了SI M P LEST 算法。在這種算法中擴(kuò)散項(xiàng)采用線迭代而對(duì)流項(xiàng)采用點(diǎn)迭代,可以防止迭代過程發(fā)散。這種混合式的計(jì)算方法有利于促進(jìn)強(qiáng)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(jì)算。3.1初始條件與邊界條件PHOE N I CS軟件對(duì)于邊界條件的處理采用附加源項(xiàng)法。在進(jìn)行順序輸送混油段濃度模擬時(shí),最主要的邊界條件為入口,設(shè)置了兩個(gè)入口I N1、I N2,用時(shí)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(biāo)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(duì)于單相流體流動(dòng),由于物性是常數(shù),所以一般可以直接在前處理界面中進(jìn)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(jìn)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?jǐn)?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?jǐn)?shù)。(2粘度設(shè)置混油粘度不可以用簡單的組份比例計(jì)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(yùn)動(dòng)粘度(m2/s;A 、B為待定因數(shù),例如對(duì)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(duì)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(duì)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(biāo)圖4雷諾數(shù)對(duì)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?yàn)樵谖闪鳡顟B(tài)下,強(qiáng)勁的紊流徑向擴(kuò)散,

9、使液體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生劇烈的橫向交換,雷諾數(shù)越大,交換越強(qiáng)烈,而此時(shí)的分子擴(kuò)散作用幾乎可以忽略。圖4中,帶正方形標(biāo)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?yàn)槲闪鳡顟B(tài)下油品輸送,當(dāng)雷諾數(shù)超過一個(gè)范圍時(shí),相對(duì)混油量幾乎不隨雷諾數(shù)而改變。算例2:順序輸送批次對(duì)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(dāng)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(biāo)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(shí),混油長度比前行油品為柴油時(shí)形成的混油段長度短些。是因?yàn)閮煞N油品順序輸送時(shí),后行油品會(huì)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(jì)算機(jī)應(yīng)用2006年第14卷第4期油品的液膜,這液膜將隨混油流動(dòng)而被沖走。又因?yàn)樵谙嗤妮斔蜅l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(shí),液膜可以認(rèn)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(shí),由于在紊流中混油區(qū)中部濃度變化相當(dāng)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(gè)現(xiàn)象。這正與文獻(xiàn)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(jì)算流體力學(xué)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(duì)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(duì)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(gè)模型來進(jìn)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(duì)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(xiàn)1嚴(yán)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(jī)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(jì)算機(jī)仿真,2004,21(94康正凌、宮敬,管道順序輸送的混油研究,油氣儲(chǔ)運(yùn),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(kuò)散-流體系統(tǒng)中的傳質(zhì),化學(xué)工業(yè)出版社(北京,20029康正凌、宮敬、嚴(yán)大凡,管道順序輸送高差混油研究,石油學(xué)報(bào)2003,24(410陶文銓,數(shù)值傳熱學(xué)(第2版,西安交通大學(xué)出版社(西安,198811蔣仕章、蒲家寧,管道順序輸送混油黏度的計(jì)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(yuǎn)中國石油報(bào)訊為了讓適應(yīng)變化型企業(yè)的概念更具體,更易理解,惠普設(shè)立了動(dòng)成長企業(yè)體驗(yàn)中心。在這里,客戶可以體驗(yàn)當(dāng)業(yè)務(wù)發(fā)生變化時(shí),有適應(yīng)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(dòng),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(shí)要統(tǒng)一建設(shè),按需供應(yīng),即快速部署、按需供應(yīng)I T 資源,實(shí)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(shí)現(xiàn)同步集成,即自動(dòng)的管理與服務(wù),同時(shí)跟蹤、監(jiān)控服務(wù)的使用和性能,并根據(jù)不同級(jí)別的應(yīng)用提供不

15、同級(jí)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(dòng)化等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域里的適應(yīng)性,I T 基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)勢(shì)和服務(wù)使自動(dòng)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(shí),實(shí)現(xiàn)了企業(yè)降低I T 運(yùn)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(chǔ)到網(wǎng)絡(luò),從操作系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件到應(yīng)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(jìn)行資源配置管理和自動(dòng)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(dòng)化等方面優(yōu)勢(shì),適應(yīng)I T 基礎(chǔ)設(shè)施的針對(duì)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