整流器对天然气管道内计量段流动影响的数值模拟

天然气计量准确度受管内流场影响大。首次采用数值模拟方法,以加带扩散管的管路为例,对其在加装不同整流器时的管内流场进行计算。计算结果表明,扩散段引起的流动不均匀区域延伸至下游17倍管径左右,整流器作用明显,加板式整流器和管式整流器后,管内主流速度在整流器下游恢复均匀稳定的距离依次为12倍直径和6倍直径左右。研究结论对于流量计的选择、现场安装具有指导作用,为提高天然气计量准确度的研究提供了一种新的方法。     

天然气计量检定站检定流程工艺模拟研究

天然气流量计检定过程中,预期流量不易调节,降低了检定效率。针对齐河天然气计量检定流程,对在不同检定管路和检定台位下的检定流程进行了模拟研究,得到了天然气流量计检定过程中各阀门百分比行程与检定流量之间的对应关系。针对Q=3 200m3/h的预期检定流量,按模拟得到的匹配结果,得检定管路中实际流量为Q=3 235.59m3/h,二者误差为1.10%,证明了数值模拟结果正确,数值模拟的方法为提高天然气检定效率提供了一条有效的途径。     

起伏地区天然气管线清管过程分析研究

研究清管过程中气液两相流流动特征,有助于管线本身及上下游设备的设计和操作。因此,采用多相流瞬态模拟软件OLGA,对起伏地区天然气管线清管过程中气液两相流动规律进行了研究,重点分析了清管过程中的流型、压力、持液率、清管速度、积液量等参数的变化规律。结果表明,由于清管过程中地形起伏较大,气液两相流体出现了分层流、段塞流和环状流等3种流型;管道入口处压力最大,沿程压力逐渐减小,压力波动情况与流体持液量和地形有关;清管器速度总体上波动不大,平均速度为3.5～3.8 m/s;清管过程中出现的最大液塞段长度达到3 851.0 m;持液率不断变化,最大清出液量接近300 m3。研究结果对地形起伏地区天然气管线的清管作业具有一定的实际指导意义。     

回填料对地埋管换热器性能的影响

采用了地埋管换热器三维非稳态耦合传热的物理数学模型,针对实际的地埋管结构和热响应测试工况进行了相应的数值模拟。将模拟计算结果与TRT热响应测试结果进行了比较,验证了所建模型的正确性。在此基础上。考察了地埋管换热器回填料导热系数及比热等物性参数对地埋管换热器性能的影响关系,为热响应测试以及工程设计提供有益的理论指导。     

障碍物对管道天然气泄漏扩散影响的数值模拟

基于Fluent软件的物质传输与反应模块建立了管道天然气泄漏扩散的模型,提出了研究障碍物影响管道天然气泄漏扩散的数值模拟方法.通过实际勘查,建立了简化的二维几何计算模型.通过模拟分析并对比管道天然气泄漏扩散区域有、无障碍物时的计算模拟结果(包括天然气在计算区域内的含量、速度等分布),得出了障碍物对天然气泄漏扩散的影响规律.模拟结果可以为控制天然气泄漏扩散事故提供一定参考.     

流量差异和管径突变对立管流动状态的影响

为探究深海T型管流量差异和管径突变对立管管内流动特性参数的影响,以南海某油气田为研究对象,通过数值模拟的方法进行了研究。结果表明,立管管内流动状态受到水平管段内总流量影响,与其分支管段流量的关系不明显;当水平管段管径保持不变的条件下,在立管直径DC为0.03 m、0.06～0.12 m和0.24 m时,立管相关参数的变化规律不同;当立管管径发生突变时,管内流动参数的变化主要与其最小管径有关。     

体积流量对旋风分离器影响的模拟分析

为改善旋风分离器操作条件,提高其工作性能,以RNG k-ε模型、SIMPLEC计算法、随机轨道模型等描述旋风分离器,使用Fluent软件对旋风分离器压力损失和分离效率进行数值模拟,分析体积流量对不同粒径下颗粒分离效率的影响。结果表明:体积流量的增大能够提高旋风分离器的分离效率,但要以较大的动力消耗为代价;存在着最经济的体积流量值使得旋风分离器工作性能达到最佳,这对节能而高效地使用旋风分离器具有一定的理论指导意义。     

管输天然气输配波动问题与影响因素研究

针对高压管输天然气在阀门启闭瞬间产生的水力波动、不稳定流动等现象,以湖北某天然气门站为例,在已知天然气管网等相关设备参数的基础上,探究考证此现象对天然气管网安全的影响。一方面,通过力学方程对产生水力波动的天然气控制体进行受力分析,推导求解出最大的水力扰动压强约为0. 093 MPa;另一方面,利用模拟软件RealPipe-Gas对水力波动过程进行仿真模拟,确定扰动压强大致为0. 06～0. 09 MPa。采用控制变量法,模拟不同变量工况下流量、管网压力、管径对波动大小的影响,分析水力波动对系统造成的影响,并给出了减轻波动的相应措施。     

内螺纹肋管几何参数对流动与传热的影响

以空气(Pr=0.744)为介质,在Re=2 000时,对17根内螺纹肋管进行了数值模拟,研究内螺纹肋管的流动与传热特性.在梯形肋几何参数肋高H =0.02～0.06,肋数N=35～50条,螺旋角γ=35°～45°时,分析肋高、肋数、螺旋角的变化对Nu和f的影响,得出Nu和f随N、H增大而增大,随γ增大,Nu和f先增大再减小,Nu在γ=41°达到最大值,f在γ=39°达到最大值.研究表明,最佳肋参数为0.50/40/41.     

非常规油气田多管旋流装置的分离性能研究

针对非常规油气田开采中产能持续降低导致分离失效的问题,设计一种新型多管旋流装置,采用数值模拟方法,对比研究单管和多管旋流装置分离性能。研究表明:多管旋流装置压降率较单管旋流器无明显变化,能耗基本相同;入口流量降低时,多管旋流装置能显著提高中大砂粒分级效率,粒径≥10 μm分级效率可提高35%;入口流量由5 m3/h降为1 m3/h时,多管旋流装置分离效率降幅仅为9.2%。在非常规油气田开采中,多管旋流装置能有效避免产能降低所带来的分离失效。     

天然气管道氮气置换过程混气段数值模拟

通过建立管道模型,给定边界条件,在Fluent软件中进行求解器设置后,运用组分输运模型模拟分析了氮气置换过程中混气段的特性。由分析得到：入口处混气头形状随入口速度增大由“直线”形状过渡到“子弹头”形状;在速度方向上,混气段氮气体积分数沿管道轴线呈线性规律递减,随着时间延长,扩散范围不断变大;氮气置换速度随着入口流速的增加而增大,置换初期,混气段长度增长速度快,大于置换后期;管道置换长度随时间增加而增大,置换速度越快,管道置换长度增长越快,管道置换效率随着流速的增加而增大,但是增长率呈下降趋势。     

天然气增输器数值模拟

根据自激振荡脉冲射流理论与壁面振动减阻理论,对变径管及天然气增输器管道内天然气流动情况进行了数值模拟及分析。结果表明,天然气流经增输器时,在碰撞壁处压力波动较大,存在径向环流,引起壁面的径向振动;与普通变径管相比,增输器出口处的压强与入口相比有明显的降低,湍动能变化较大。在相同工况条件下,经增输器后压力降低,管道输气量显著增加。     

埋地天然气管道泄漏数值模拟

给出了天然气管道泄漏几何区域图形,建立了天然气泄漏控制方程,基于控制体积原理和多孔介质理论,利用计算流体力学软件对埋地天然气管道泄漏过程进行了数值模拟。通过模拟,得到了天然气在土壤和空气中泄漏浓度分布,并分析了风速对天然气组分的扩散影响规律,确定了安全区域,为天然气管道泄漏应急救援和安全管理提供了理论依据。     

埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对天然气管道不同损伤过程中的泄漏扩散问题,利用FLUENT软件,建立CFD仿真模型,研究了泄漏口大小对天然气泄漏扩散范围的影响。以山区与城镇交界处的天然气埋地管道为例,考虑风速随高度的变化和关闭阀门后泄漏率随时间的变化,对天然气泄漏扩散进行数值模拟,编写导入FLUENT的UDF程序并对风速和泄漏率进行了修正。实例计算结果表明,扩散范围随着泄漏口的增大而变大,在泄漏口直径为6.35、25.40mm和101.60mm时,天然气爆炸下限距地面高度分别可达92、122m和408m,天然气爆炸下限下风向距泄漏口的水平距离分别可达322、770m和1 291m;由于天然气受管道上层土壤的影响而损失大量湍能,因此泄漏气体在地表和土壤中扩散时,泄漏气体在地表的扩散范围大于在土壤中的扩散范围,其中泄漏口直径为101.60mm时扩散范围最大,天然气爆炸下限下风向距泄漏口的水平距离在地表和土壤中最大分别可达80m和105m。     

建筑物条件下埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对城镇埋地天然气管道泄漏扩散过程, 考虑多建筑物条件下不同组分、 不同浓度的气体扩散规律, 利用计算流体力学( CFD) 软件建立埋地管道泄漏扩散过程的三维物理模型, 将环境风场和泄漏速率以用户自定义函数形式引入边界条件中, 将模拟过程分为环境风场的稳态模拟和泄漏扩散的瞬态模拟两步, 又将泄漏扩散过程分为持续泄漏扩散和管道阀门关闭后的泄漏扩散两个阶段, 分析天然气的泄漏扩散规律。结果表明, 环境风场的稳态模拟是十分必要的, 建筑物附近流场存在三个低速区, 建筑物边缘存在较大的速度梯度; 天然气的持续泄漏扩散阶段呈现土壤层局限扩散、 上游低速区积聚、 气云浮升、H₂S的沉积扩散等特征, 在阀门关闭后的阶段呈现气体扩散延续性、 气云由上而下消散等特点; 在本文工况条件下, H₂S比CH₄的扩散范围大, 消散时间晚, 危险性更大。     

天然气管道氮气隔离混气长度研究

基于一维混合模型研究天然气管道投产过程中气体的混合规律,利用Taylor、Taylor-CW、G.R.I 3种不同方法分别计算出气体扩散系数及投产过程中形成的天然气-氮气混气段长度,分析了管道置换过程中影响混气长度的主要因素,包括管长、管径及流速。由Taylor-CW方法计算出的结果与现场数据最为接近,用该方法验证国内3条已投产管道所得的相对误差分别为39.7%、23.4%、22.0%。     

城市埋地天然气泄漏三维数值模拟

随着我国天然气事业的发展,天然气管道规模也在不断扩大,与此同时也带来了安全上的隐患,城市天然气管道泄漏事故频繁发生,严重影响了城市居民的生命及财产安全。主要介绍了城市天然气管道泄漏数值仿真和数值模拟的基本理论,考虑泄漏过程中风场对泄漏的影响,分析了近地面处风场的变化,建立了埋地天然气管道泄漏模型。设定泄漏扩散发生在大气环境,选取CFD软件对网格进行划分并进行局部加密,进行了风场的稳态模拟。在风场达到稳态后,改变后处理边界条件,再对泄漏进行瞬态模拟,得出天然气泄漏扩散随时间的变化规律,定量分析了风速对泄漏扩散的影响。结果表明,建筑物对风场存在干扰,在泄漏过程中气体聚集在近地面及贴近建筑物周围,随着风速的增加,稳态扩散高度降低,但风场对水平扩散的影响较小,风速越大泄漏气体稀释效果越明显,所造成的危险区域越小。     

含硫天然气管道泄漏危险区域的数值模拟

针对埋地含硫天然气管道泄漏的实际情况,采用有限体积法,对埋地含硫天然气管道持续泄漏的甲烷及硫化氢体积分数进行了数值模拟。在模拟过程中,考虑了管道上层土壤作为多孔介质对气体扩散的影响,比较分析了同一时刻甲烷和硫化氢的危险区域,得出同一时刻硫化氢泄漏所造成的剧毒区域远大于且完全覆盖甲烷危险区域。对硫化氢和甲烷的共同影响区域,应同时采取防火防毒措施,而在硫化氢影响区域只需采取防毒措施。