順序輸送混油數(shù)值模擬研究

李 季

（中國石油潤滑油公司大慶潤滑油一廠， 黑龍江 大慶 163711）

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順序輸送混油數(shù)值模擬研究

李 季

（中國石油潤滑油公司大慶潤滑油一廠， 黑龍江 大慶 163711）

摘 要：通過PHOENICS軟件對順序輸送中混油的濃度進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明：隨后行油品的輸入，徑向濃度分布比較均勻，軸向中心濃度梯度先增加后減少，軸向濃度分布漸漸趨于均勻，但管壁處的濃度梯度數(shù)值較高，順序輸送時應(yīng)盡量控制在紊流條件下，避免層流條件。

關(guān) 鍵 詞：順序輸送；徑向濃度；軸向濃度；紊流狀態(tài)；層流狀態(tài)

管道工業(yè)逐漸趨于大型化與連續(xù)化，無論是設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)，還是分析輸送過程，任務(wù)都及其繁重［1，2］。管道仿真技術(shù)伴隨管道技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展［3-5］。管道仿真技術(shù)能真實(shí)地再現(xiàn)管道內(nèi)油品的流動規(guī)律，混油濃度隨時間的變化趨勢［6］，本文利用PHOENICS軟件對順序輸送中混油的濃度進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并分析了軸向濃度和徑向濃度的分布規(guī)律，為混油順序輸送提供理論依據(jù)。

1 順序輸送中混油數(shù)值模型的建立

采用PHOENICS軟件對順序輸送中混油的濃度進(jìn)行數(shù)值模擬，該模型主要包括5個部分，分別為管壁B1、管內(nèi)空間部分B2、入口Inlet1、入口Inlet2和出口，X方向設(shè)置為10 m，Y方向設(shè)置為0.6 m，Z方向設(shè)置為0.6 m。入口Inlet1的作用時間設(shè)為0、4 s，入口Inlet2的作用時間設(shè)為4、10 s，這樣可以達(dá)到實(shí)際順序輸送兩種油品的目的。出口的壓力設(shè)為0，順序輸送混油濃度的數(shù)值模型如圖1所示。

X方向網(wǎng)格設(shè)置為100，Y方向網(wǎng)格設(shè)置為24，Z方向網(wǎng)格設(shè)置為24，軸向和徑向網(wǎng)格剖分結(jié)果如圖2和圖3所示。

入口截面的入口速度垂直于所在平面且分布均勻，通過控制兩個在不同時間下起作用的入口，從而完成兩種油品的順序輸送。前一個入口用于第一類油品的輸送，第一類油品的濃度等于1。當(dāng)輸送第二類油品時，關(guān)閉前一輸送入口，并打開后一入口輸送第二類油品，第二類油品濃度等于0。出口設(shè)置成自由，不規(guī)定任何邊界條件。

圖1 VR中物體界面Fig.1 VR object interface

圖2 軸向截面網(wǎng)格示意圖Fig.2 Axial section grid

圖3 徑向截面網(wǎng)格示意圖Fig.3 Radial cross section grid

在實(shí)際生產(chǎn)中人們主要關(guān)心的是不同時間在管道不同位置處的混油濃度分布情況，以便更好的指導(dǎo)操作。因此為了能夠更加貼切實(shí)際的模擬出順序輸送混油濃度的分布狀況，需要在瞬態(tài)下進(jìn)行模擬，總的是建設(shè)為10 s，時間步設(shè)為40步。

2 順序輸送中混油數(shù)值模擬結(jié)果

油品流速設(shè)定為1，0時刻開始第一類油品的輸送；第4 s時停止第一類油品的輸送，開始第二類油品的輸送。在第4 s時管道中開始形成混油，在第10 s結(jié)束。

圖4為第二類油品在第5～10 s時兩類油品的混合情況，可以看出兩類油品在管段中混合的過程。

圖4 管內(nèi)混油的形成過程Fig.4 Formation process of mixed oil in pipe

2.1 混油軸向濃度分布

圖5為5～10 s時管道軸向上混油的濃度分布?？梢钥闯?，隨第二類油品的輸送，混油長度逐漸增加，管道軸向中心的濃度梯度變化趨勢為先增后減，而變化的幅度卻不均勻，濃度的分布情況漸漸均勻化。

圖5 不同時刻混油濃度分布曲線Fig.5 Distribution curve of oil concentration at different time

2.2 徑向混油濃度分布

圖6為10 s時，混油在不同軸向結(jié)點(diǎn)截面上徑向的濃度分布情況?？梢钥闯龌煊投稳我唤孛娴臐舛确植驾^均勻，管壁處濃度梯度數(shù)值較大。這是由于紊流條件下進(jìn)行油品輸送時，紊流核心處的擴(kuò)散強(qiáng)度相對于分子擴(kuò)散強(qiáng)度要高得多，紊流的徑向擴(kuò)散強(qiáng)勁，液體質(zhì)點(diǎn)橫向交換較為強(qiáng)烈，中心處的高速運(yùn)行的油品迅速攜帶走邊緣滯后油品，極大縮減了混油段的長度；管壁附近的橫向脈動相對較小，分子以擴(kuò)散為主，難以形成濃度均勻的混油狀態(tài)，所以順序輸送時應(yīng)盡量控制在紊流條件下，避免層流條件。

圖6 徑向混油濃度分布Fig.6 Radial mixed oil concentration distribution

3 結(jié) 論

（1）隨后行油品的輸入，混油長度逐漸增加，軸向濃度漸漸趨于均勻。管道軸向中心處濃度梯度變化趨勢為先增后減，其變化幅度卻不均勻。徑向濃度呈均勻分布，管壁處的濃度梯度數(shù)值較高。

（2）在紊流條件下進(jìn)行油品輸送時，紊流的徑向擴(kuò)散強(qiáng)勁，液體質(zhì)點(diǎn)橫向交換較為強(qiáng)烈，中心處的高速運(yùn)行的油品迅速攜帶走邊緣滯后油品，極大縮減了混油段的長度；管壁附近的橫向脈動相對較小，難以形成濃度均勻的混油狀態(tài)，所以，順序輸送時應(yīng)盡量控制在紊流條件下，避免層流條件。

參考文獻(xiàn)：

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Study on Numerical Simulation of Mixed Oil in Batch Transportation

LI Ji
（PetroChina Daqing No.1 Lubraicating Oil Plant， Heilongjiang Daqing 163711，China）

Abstract:PHOENICS software was used to simulate the concentration of mixed oil in batch transportation. The simulation results show that the radial distribution of the oil is uniform， the axial concentration gradient increases first and then decreases， the axial concentration distribution becomes uniform slowly.

Key words:Batch transportation；Radial concentration；Axial concentration；Turbulent state；Laminar flow state

中圖分類號：TE 832

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）02-0404-02

收稿日期：2015-11-10

作者簡介：李季（1982-），男，黑龍江大慶人，營運(yùn)部副主任，2006年畢業(yè)于東北石油大學(xué)油氣儲運(yùn)工程專業(yè)，研究方向：從事工藝管理工作。E-mail：liji20@sina.com。