基于颗粒堆积理论的管壁水合物沉积层力学特性研究

管壁水合物沉积层的稳定性与管壁水合物沉积层的力学特性密切相关,研究管壁水合物沉积层的力学特性对深水流动安全保障具有重要意义。为研究管壁水合物沉积层的力学特性,假设沉积层内所有水合物均为大小相同的球形颗粒,且沉积层是由多层水合物颗粒相互堆积而成。根据水合物颗粒堆积方式的不同,将管壁水合物沉积层分为简单立方堆积型、六方堆积型、复六方堆积型、四面体堆积型、角锥堆积型和随意堆积型6类。不同类型的水合物沉积层对应有不同的空隙率和层间受力特性,以此为基础,分别计算分析了各类水合物沉积层的压缩波速、剪切波速、泊松比、弹性模量、抗拉强度,并依据摩尔--库仑强度准则给出了各类管壁水合物沉积层的抗剪强度。同时,计算分析了退火作用对管壁水合物沉积层抗拉强度和抗剪强度的影响。本文研究成果可为油气管道水合物防治技术的发展提供理论支持。     

四氢呋喃水合物浆流动特性

利用实验环道进行了水合物颗粒体积分数为0～65.2%的四氢呋喃(THF)水合物浆的流动实验。管道生成四氢呋喃水合物后,水合物浆的压降梯度随着流速的增加而增加;随水合物体积分数的变化存在一个临界体积分数,当管道中的水合物体积分数小于临界值时,压降随体积分数的增加而出现很小的增加,管道中水合物呈稀浆状,浆体为牛顿流体;当管道中体积分数大于临界值时,压降梯度随体积分数的增加急剧增加,管道中水合物呈泥状,浆体为Bingham流体。临界体积分数随着浆体流速的增加而增大,在0.5～3.5m/s的范围内,临界体积分数为39.4%～50.4%,文中回归了泥状水合物的屈服应力及表观黏度。并根据水合物浆的流动特性分段回归了水合物浆在管道中流动的压降计算公式,实验验证表明回归的计算公式可以比较准确地计算管道中水合物浆流动的压降,可以为THF水合物的流动及其它水合物浆的流动提供指导。     

输气管道气体流经阀门气动噪声产生机理分析

为区分输气管道泄漏音波与阀门噪声,为输气管道音波法泄漏检测提供理论依据及数据库、控制阀门噪声提供解决办法,从音波产生机理角度采用CFD软件耦合专业声学软件方法对输气管道气体流经阀门产生的气动噪声进行研究,建立气动噪声模型,探究气动噪声产生机理及传播、衰减规律。在CFD（Computational Fluid Dynamics）软件中采用大涡湍流模型对气体流经阀门时的瞬态流场求解分析,获得流场分布如脉动压力、脉动速度数据;将CFD计算所得数据导入专业声学软件进行联合仿真,生成气动噪声源项,包括偶极子声源及四极子声源,建立气动噪声产生传播模型,求解输气管道气体流经阀门的气动噪声。     

成品油在土壤中运移可视化的实验研究

为了减少成品油管道事故影响,更好地掌握成品油在土壤中的流散规律,搭建了室内可视化实验装置,基于数字图像处理技术,建立了难以实时测量的柴油饱和度与方便获取的HSI颜色模式各分量之间的函数关系,并通过采样实验进行了验证。结果表明,H(色度)和S(饱和度)可以作为判断多孔介质内是否含油的指标;通过S在低饱和区对油饱和度表征精度可达3.12%;通过I(亮度)在高饱和区对油饱和度表征精度在±2%以内。建立的动态、实时、非侵入式的土壤内部成品油运移的可视化手段,可为泄漏过程演化提供支持。研究成果弥补了国内油品在土壤中泄漏扩散可视化方面的技术不足,对于有效控制成品油引起的环境污染问题、减少油品泄漏带来的危害具有重要意义。     

海上多孔介质通道内氢气换热与正仲氢转化的耦合特性

在我国“碳达峰、碳中和”的战略目标下,风电和化石能源制氢技术正不断发展,利用海上风电资源或天然气制备氢气,并通过储运技术送到氢能源市场,为解决海上风电并网和消纳的难题、促进深海天然气资源的低碳发展提供了可行的思路,因此研究应用于浮式氢气液化工艺系统的绕管式换热器海上适应性具有重要意义。本文基于多自由度的晃荡平台,搭建了浮式多孔介质通道内压降测试实验装置;基于多孔介质模型、正-仲氢转化和氢流动换热理论模型,建立了多孔介质通道内耦合正-仲氢转化的流动换热数值模型。通过实验与数值模拟相结合的方法,分析海况和水平条件下多孔介质换热通道的性能变化。研究结果表明,填充催化剂的绕管式换热器多孔介质通道内压降明显,温降不明显,管内仲氢含量增加;随着氢气流量的增加,传热系数逐渐增大,而出口仲氢的含量逐渐降低;海况对海上多孔介质换热通道的压降和传热特性影响较小。     

基于明渠流原理的多相不分离计量装置

基于明渠流原理以及对多相流计量的研究,建立了四个液相计测模型和气相计测模型,并用非线性拟合的方法对模型计算出的液量和气量做进一步的修正。通过室内实验和现场实验的模型计算结果表明:98.1%液量数据误差控制在15%,93.3%气量数据误差控制在20%。对模型修正后误差:94.7%液量数据误差控制在10%,95.4%气量数据误差控制在15%。     

优化集输管网系统的有效方法

胜利浅海埕岛油田集输管网系统优化研究,涉及到最优化方面的数学理论、技术经济评估,以及如何通过计算机实现优化等问题。建立的目标函数包括管道费用(管材费用和管道建设费用)、动力费用、热力费用3部分。通过混合SUMT方法将约束优化转化为无约束优化,然后运用黄金分割法和POWELL法联合求解,得到最优值。此方法适用于离散变量和连续变量的优化。枚举法只适用于离散变量的优化。     

油水分离用水力旋流器理论模型及数值模拟

深入研究了液 -液水力旋流器的流动机理和分散油相的流动特点及处理方法 ,并采用计算流体力学的原理和方法 ,建立了研究液 -液水力旋流器的物理模型、修正的三维k -ε模型 (即RNGk -ε模型 )和分散油相的代数滑移混合模型ASM。以SIMPLER算法为基础 ,研究了数值计算方法并做了实例计算。通过数值计算得到了液 -液水力旋流器内流体流动的速度矢量图、流线图和油相及水相等浓度分布图。计算结果与理论分析一致 ,证明了模型和算法的正确性 ,为进一步研究旋流器的结构优化、粒子跟踪和旋流器特性参数对分离效率的影响及旋流器性能预测等打下了良好基础     

湿天然气槽式孔板在线计量技术研究

针对当前湿天然气井口计量存在的技术难题，基于双槽形孔板的计量元件，研制了低成本双节流式孔板组合的流量计样机，研究了流体通过双槽型孔板时的流动特性以及各种气液比下双槽型孔板之间差压、压力、温度信号与气液分相流量之间的关系，建立了适用于双槽形孔板流量计系统的数学计量模型，并用此模型进行了室内计量实验、现场实验和国家计量中心的标定。测试结果表明，在实验范围内，气相流量的最大测量误差小于10%，液相流量的最大测量误差小于15%。该工业样机计量精度可以满足实际生产的需要。     

超临界CO_2管道停输过程中安全控制研究

鉴于目前对超临界CO2管道停输过程中管内温度变化及压力流量脉动冲击相关研究较少的现状,结合CO2准临界特性,研究了停输工况下超临界CO2管道内流体的变化规律,并针对停输及启输过程提出了相应的安全控制建议。研究结果表明,进入准临界区的CO2密度将在温度微小变化下发生剧烈波动,密度的剧烈波动使管内CO2流体体积波动变化,在管道固定体积约束下,剧烈波动的CO2流体将对管道产生剧烈的脉动冲击,危害管道安全;超临界CO2对管道轴向的波动变化体现为密闭管道内流体的脉动流量,管内CO2的脉动流量出现时间与脉动压力出现时间完全对应;超临界CO2管道停输时间存在危险时间范围,在危险时间范围到来之前结束停输可以避免对管道系统的冲击危害。