基于CFD的原油储罐导热油加热过程数值模拟研究

原油储罐内油层温度和固液相态分布对储罐利用效率及安全运行具有重要意义。本文基于实际工程背景,利用商业软件ANSYS/FLUENT对高温导热油在储罐中心附近加热原油进行了数值模拟研究。数值结果表明,在室外环境温度为-30℃的条件下,当原油存储时间为第六天时约有16.5%的原油发生凝固,且凝固主要集中在罐底和罐壁附近。研究同时发现,罐底和罐壁处呈现明显的热分层现象,且罐底附近的温度梯度较大。其主要原因为,罐壁外侧覆盖100mm厚的岩棉保温层而罐底直接与混凝土基础接触,且混凝土基础温度与环境温度接近(-30℃),导致罐底附近传热温差较大。研究结果可为新疆某油田原油储罐加热方式改造项目提供一定的理论指导。     

保温原油实验环道温度场计算及分析

通过对保温原油实验环道的传热分析,建立保温含蜡原油实验环道温度场计算模型,计算得到管道内部温度分布,以及管道内壁温度梯度变化规律。对不同环境温度、油流速度和有无结蜡对管道温度场分布的影响规律进行分析。结果表明,管内油温与套管中的冷却水温差越大,管壁的平均温度梯度越大;管壁的平均温度梯度随油流速度增加而增大;当管壁上有了沉积物,沉积层内表面的温度梯度比初始时刻有所降低,降幅随着距离入口端长度的增加逐步减小。     

空间薄壁圆管瞬态温度场有限元分析

利用MARC有限元软件对哈勃太空望远镜太阳能帆板主梁在进出地球阴影过程中温度变化的过程进行了模拟分析,计算得到了帆板主梁升温、降温及一个循环周期内温度随时间的变化规律。结果表明:温度沿管截面呈正弦分布,当升温过程约1000 s时,管截面温度达到稳态,而降温约150 s时,管截面温度也将趋于稳定。     

基于CFD的大型原油储罐非稳态传热数值研究

准确预测大型原油储罐温度场,对原油的战略和商业储备具有重要意义。目前,工程上常用经验公式计算储罐的散热量及温降,而储罐内原油温降是一个非稳态传热过程,采用经验公式预测的结果与实际情况相差较大,且经验公式不能给出罐内油品的温降规律,因此经验公式无法指导实际生产。采用数值算法,借助CFD软件对大型原油储罐在自然冷却条件下的温降过程进行数值模拟,得出了不同时刻的原油温度场;分析了保温层厚度、油品温度、储罐液位等参数对原油非稳态传热特性的影响。研究结果可为工程实际应用提供一定的理论指导。     

裸置海底自沉降热油管道泄漏扩散的数值研究

根据计算流体力学建立海底海泥区域与海水区域的流固耦合传热多相流模型,海泥区域视为饱和含水多孔介质。运用软件模拟了裸置在海底的热油管道在输送过程中泄漏后原油在海泥和海水中的分布情况和温度场的变化情况,并对不同的泄漏点进行了分析。模拟时考虑了裸置海底管道的自沉降和海水中压强的影响。模拟结果表明,泄漏点对泄漏原油的扩散分布有很大影响;当泄漏点在土壤区域开始泄漏时,原油在土壤中呈弧形分布,过一段时间后沿土壤与管道外保温层流入海水中,顶端呈现喷射形,两侧呈螺旋状,并逐渐向海面流动;当泄漏点在海水区域时,泄漏的原油呈现喷射形,在浮力的作用下逐渐向海面流动;泄漏位置不同,海水和海泥温度场的分布有很大差异。海水区域和海泥区域的交界面对原油分布和温度场分布有很大影响。     

海底埋地管道泄漏的温度场与压力场的模拟

对埋地海底管道进行耦合模拟,分析了泄漏口在不同位置时海泥的温度场及压力场。当泄漏口在不同位置时,泄漏到海泥区域的原油对周围海泥温度场产生的影响不同,但存在一定的分布规律。当泄漏口在管道左(右)侧时,受重力的影响,泄漏口处的等温线下移,右(左)侧等温线上移,温度场呈现不对称分布;泄漏口在管道正下方时,等压线在管道两侧对称分布,而且逐渐向两侧和上方扩散。     

大型熔盐罐结构设计、温度分布与强度分析

熔盐蓄热是目前太阳能热发电中应用最广泛的蓄热技术.为了进一步研究高温熔盐储罐的安全性,采用API(The American Petroleum Institute)650标准中规定的变点设计法及其相关规定,对储盐量约为1.65×104 m3大型高温熔盐罐进行了结构设计;利用计算流体力学软件Fluent软件对大型高温熔盐储罐进行了温度场分布模拟,验证了储罐保温结构的合理性,得到了罐内熔盐及罐体内部温度场分布规律;通过有限元分析软件ABAQUS对大型高温熔盐储罐进行了静力分析;根据顺序耦合法,对大型高温熔盐储罐稳定工况下的热应力进行了模拟计算,确定了稳定工况时温度梯度对罐体结构应力的影响,并根据第三强度理论完成了储罐应力评价.     

基于ANSYS的场发射阵列阴极焊接应力研究

该文基于ANSYS平台模拟了场发射阵列阴极与钼电极钎焊工艺参数对钎焊层等效应力的影响,并根据仿真结果进行了实验验证。仿真结果表明,当钎焊温度为850 ℃时,最大等效应力最小;当降温速率为23 ℃/min时,最大等效应力最大,之后随降温速度的增加而迅速减小;在降温过程中,高温区逐渐向硅基底扩展,温度沿焊缝方向呈对称分布,焊缝中心温度高,两边温度低。测试结果表明,钎焊接头组织致密,焊缝结合良好,没有裂纹和空洞等缺陷,且钎料对硅基底的影响很小。这是一种可行的、低成本的实现硅基场发射阵列阴极焊接的有效方法。     

低温下LNG储罐混凝土外罐的静力性能分析

以160 000 m³ 液化天然气LNG储罐混凝土外罐为研究对象,借助ANSYS有限元,针对LNG低温液体发生泄漏时,在低温作用下的受力与变形性能展开模拟研究,获得了稳态对流换热条件下的温度场及其温度应力分布．采用热-固耦合分析方法,将低温液体作用下的混凝土外罐罐壁处的温度应力与其他静力荷载作用下的内力进行了不同工况下的内力组合,确定了结构的最不利内力包络图,并以此为依据对LNG储罐混凝土外罐罐壁进行了预应力钢筋的配筋计算与布置．研究结果表明:低温液体下产生的温度应力使LNG储罐混凝土外罐发生整体向内收缩变形的趋势;罐内液体压力对结构内力及变形起主导作用;满液位泄露时LNG储罐混凝土外罐的薄弱部位位于距底板约10 m高度处．     

四角切圆燃烧锅炉燃烧和污染物排放数值模拟

借助FLUENT软件平台,对镇海电厂一台200 MW四角切圆燃烧锅炉炉内流动、燃烧,以及污染物NOx的生成进行了三维数值模拟.计算结果表明,整个炉膛空间存在着旋转流场,炉内最高温度出现在燃烧器区域.温度场与各组分浓度分布有着对应关系,高温区对应CO高浓度区和CO2和O2的低浓度区.NOx的生成主要在炉膛的高温区.在炉膛中心,NOx大量生成且沿着炉膛的高度方向,浓度逐渐降低.     

基于ComsolMultiphysics的金属储罐阴极保护方案的优化

利用ComsolMultiphysics软件建立了金属储罐底板外加电流法阴极保护电位分布的仿真模型。通过数值模拟方法,研究了阴极汇流点数量、汇流点布置情况、辅助阳极埋设深度、土壤电阻率以及电极的极化特性等因素对保护电位分布规律和阴极保护效果的影响。结果表明,在其他条件不变的情况下,罐底中心设置汇流点和多点汇流的方式,罐底板的阴极保护效果更好,但由于罐底板整体电位降差别不大,考虑到经济可行性因素,建议采用边缘处单点汇流的方式;此外,土壤电阻率越小,阳极埋深越深,罐底板越不容易受到腐蚀,罐底板越易于极化,储罐底板的阴极保护效果越好。     

原油储罐底板安装技术研究

随着大型石油储备库的建设,储罐的安装要求越来越高。以1.0×10⁵ m³ 原油储罐为例,对大型油罐 的底板安装技术进行了初步探讨,从定位划线、中幅板铺设、底板铺设的技术要求、T角缝焊接、龟角缝的组对焊接及 影响因素等几个方面,详细叙述了高标准低消耗地安装大型原油储罐底板的方法。对罐底组装顺序进行了创新,可 做到无需重起走廊板,保证走廊板依次铺设的精度,实现走廊板一次定位、一次焊接成型。整个过程采用国内成熟 的施工工艺,确保高质高效地完成施工任务。     

意外火灾下钢制氢气瓶的热响应数值模拟

采用分区耦合数值算法,以火灾环境下气瓶传热过程为研究对象,依据气瓶外表面温度和热流密度连续性耦合边界条件,计算得到了在火灾环境下氢气瓶的温度场、热流密度分布,以及内部介质的温度场和压力场。模拟结果表明:热流密度和温度场显不均匀分布,气瓶的中底部热流密度、温度最高,可能是气瓶薄弱环节。气瓶的热响应是研究气瓶力学响应和其失效机制的前提,对气瓶的安全设计和灭火救援具有一定的参考价值。     

全氧燃烧高铝玻璃熔窑三维数值工程仿真

基于Ansys Fluent 19.2软件采用玻璃液面与火焰空间底部双向热耦合方式进行三维联合建模,对日拉引量为100 t/d的全氧燃烧浮法高铝玻璃熔窑的玻璃池窑与火焰空间进行数值工程仿真,考察入口预设配合料堆长度对耦合区温度连续性的影响,提出基于3D流场的澄清因子计算公式. 结果表明：在8次热耦合迭代后,温度和热流残差趋于稳定,玻璃液与火焰空间进行热交换部分的热流分布与火焰空间底面温度分布相对应,火焰空间温度场在玻璃液产生了不对称的横向对流;预设6.6 m料堆长度的温度曲线具有最好的连续性,该试探性计算提供了判断玻璃配合料山长度的新方法;计算得到热耦合与非热耦合的澄清因子分别为4.6425、4.8279,表明常规非热耦合计算高估了池窑的澄清能力.     

瓦斯爆炸传播火焰高内聚力特性的试验研究

采用高速摄影法及通过对爆炸反应区内不同部位温度的测量,对瓦斯爆炸传播火焰的特性进行了试验研究。研究发现,瓦斯爆炸产生的向前传播的火焰沿管道横断面分布不均匀,反应区内主要发光体沿管道底部向前传播。该发光体在低温下具有较高的内聚力,高温时容易瓦解。在瓦斯爆炸反应区内,中间产物的成分沿管道横断面分布也不均匀－－管道中、上部是发光较弱的气体产物,放热量较大;而下部是亮度较高的等离子体,放热量较小。当瓦斯爆炸温度达到最大值以后,等离子体的内聚力急剧下降,等离子体爆发,爆炸中间产物在管道横截面内均匀分布。     

泡沫铜/石蜡复合相变材料融化过程的换热特性

为了研究强化相变蓄热器的换热情况,搭建了矩形腔体内填充泡沫金属/石蜡的实验台,在恒壁温条件下,进行了泡沫金属/石蜡复合相变材料的融化蓄热实验。根据实验数据绘制了不同加热温度下石蜡内部温度随时间变化曲线,分析了腔体内自然对流对温度分布的影响、传热温差对蓄热时间的影响。结果表明,泡沫金属的高导热性能强化了石蜡在腔体内的融化过程,距离加热面较近的石蜡融化后产生的自然对流加速了剩余固态石蜡的融化;而且传热温差越大,自然对流越明显,蓄热时间越短。     

乳化液槽内流场和温度场的数值模拟及优化

采用CFD2000对天力带钢厂的乳化液槽内流场和温度场进行了数值模拟,并对该槽的内部结构进行了优化设计。模拟结果表明：槽内左边存在死区,导致乳化液的浓度波动较大,槽的底部乳化液流速较大,沉淀物质容易被抽出;槽内乳化液温差较大,导致乳化液温度波动较大;在乳化液槽底部新添加一高0．7m的挡墙,并且把上部挡墙向左端延长0．8m,减少沉淀物质被抽出;新加一套55kW的电加热器,挡墙右端的乳化液温差不超过0．5℃。模拟结果可以分析槽内流场死区和乳化液温度分布,对于优化槽的内部结构,促进铁粉沉降和浮油上浮,提高乳化液的使用效果具有重要意义。     

顶升调正纠偏法在储油罐安装过程中的应用

介绍了立式钢制储油罐倒装法施工过程中,采用整体液压顶升油罐后注入沥青砂的调正纠偏具体做法,解决了因底板边缘板局部在罐自身重力作用下出现凸凹变形,导致底层壁板与罐底板角焊缝无法组对焊接的问题,对解决大型储油罐安装过程中的此类问题有一定的指导意义.     

圆形沉淀池内温差异重流与浮力流的数值模拟

为了了解圆形沉淀池内水流在无温差及存在温度差时的特点,建立了描述圆形沉淀池内水流运动的k-ε双层湍流数学模型,采用交错网格系统,压力与速度解耦时采用了SIMPLE方法,控制方程的求解方法为混合有限分析解法。对中心进水周边出水的圆形沉淀池的模拟结果表明所建立数学模型的模拟结果与文献中的资料吻合良好。在无温差时且低污染物浓度<150~200 mg/L时,池内存在一个很大的回流区;低温水进入高温水池时,常会产生异重流现象;高温水进入低温水池时,会产生浮力流现象。     

太阳能供暖系统室内地下储热水箱的散热规律

针对太阳能地下储热水箱布置位置的不同,利用Fluent程序对太阳能储热水箱散热进行数值模拟和计算,得出在不同工况下,储热水箱周围土壤的温度场分布。同时,建立地下储热水箱的物理模型和数学模型,分析地下储热水箱的换热特性,并结合实际工程,验证其地下储水箱全年散热量和储能量,获得水箱顶板损失量与总散热量关系。计算结果表明,在相同工况下,冬季室外储水箱能量的散失量远高于室内,室内地下储水箱顶部散热量减少,因此该方式可以用来抵消这部分能量所需的集热器面积的减少,提高储热水箱的储热效率以及减少用户投资。