油船货油蒸汽与微波复合加热的数值仿真研究
发布时间：2021-10-09 09:21
石油作为国家的战略资源,是社会经济可持续发展的基础。随着油气资源开发的不断深入,大型货油船数量迅速增加,为使油船在靠泊时能安全快速卸载,航行中需要对油舱货油进行加热和保温。然而,传统蒸汽盘管加热方式存在热效率低,总耗油量大等问题,会造成能源浪费以及油船运输成本的增加。微波加热技术具有加热快、均匀且高效等特点,已被广泛应用于石油开采,稠油降黏领域。本文基于微波加热技术,提出一种以传统蒸汽盘管为主,微波辅助加热的复合加热思路,并对货油复合加热过程进行传热分析,论文的主要研究内容如下:一、以大型货油船舷侧舱为原型,以高凝点的货油为研究对象,通过对国内外货油加热过程的传热特性进行总结,选取合适的无量纲数,确定缩尺后的油品物性,并根据麦克斯韦方程组,能量守恒、质量守恒、动量守恒等微分方程描述加热过程中油品的传热过程,通过合理简化缩尺模型,进行数值方法准确性的验证,确定所建立数值模型的准确性和可靠性。二、在选定数值模型的基础上,研究常温静止状态下油舱货油复合加热过程温度场和速度场的传热变化规律。通过建立有效能量利用率评价指标,分析了舱内油品传热过程的热损失和传热效率。三、数值研究了不同功率配比的复...
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
货油复合传热示意图
第二章建立货油复合加热过程的数值模型11ρref为参考密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；μt为动力黏度，Pas。货油加热中引起的密度差变化较小，为了使数值计算结果有更好的收敛性，采用Boussinesq假设方程模拟由于自然对流运动而引起的浮升力项。β(Tρ)gρ(ρ)gT000(2-8)式中，ρ为流体密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；ρ0为T0时流体的密度，kg/m3；β为流体的体积膨胀系数，10-6/K。2.3.2物理模型1)尺寸设定本文以某VLCC一个边舱为研究对象，依据几何相似原理，将长22m，宽20m，舱深30m的舷侧舱[73,74]按照1:40的缩尺比简化为长为0.55m、宽为0.5m、高为0.75m的模型舱[46]，模型舱双壳宽度为0.06m，舱壁厚设定为5mm，如图2-2所示。图2-2三维物理模型舱示意图Fig2.2Schematicdiagramofthree-dimensionalphysicalmodelcabin2)基本假设对模型作如下基本假设：（1）假定液货舱油品维持在常温静水环境下进行加热，保持波导输入功率为恒定值，仅考虑分析单一微波源热耦合的影响；（2）忽略加热后油品浓度的变化和化学变化特征，仅考虑温差引起的自然对流传热的影响；货油蛇形盘管微波源
热边界条件设置Fig2.3Settingofthermalboundaryconditions外部自然对流换热边界
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波采油技术研究现状及展望[J]. 徐正晓,李兆敏,鹿腾,孟繁宇,党法强. 科学技术与工程. 2019(35)
[2]油船货油加热过程中流动特性数值模拟研究[J]. 朱祥,卢金树,邓佳佳,吴文峰,张建伟,陈云. 浙江海洋大学学报(自然科学版). 2018(01)
[3]基于CFD的大型原油储罐非稳态传热数值研究[J]. 杜明俊,张志贵,徐雪飞,陈侠,董长福,杨健. 辽宁石油化工大学学报. 2016(04)
[4]大型原油浮顶储罐蒸汽盘管加热过程数值模拟[J]. 孙巍,成庆林,王沛迪,衣犀. 化学工程. 2016(07)
[5]沉船油舱抽油加热过程的热力学分析[J]. 周家海. 船舶工程. 2015(05)
[6]10×104 m3浮顶罐罐壁附近原油温度分布数值模拟[J]. 刘佳,侯磊,陈雪娇. 油气储运. 2015(03)
[7]基于FLUENT的储罐内原油温度分布规律研究[J]. 梁文凯,邓文俊,丛润芝,谢楠,吕宇玲. 辽宁石油化工大学学报. 2014(05)
[8]6300t油船热媒油加热系统的设计与计算[J]. 廖志义,葛富荣. 江苏船舶. 2013(06)
[9]微波辐射稠油降粘机理的研究进展[J]. 张起豪,熊攀,丁鲁振. 广东化工. 2013(15)
[10]大型浮顶油罐温度场数值模拟[J]. 李旺,王情愿,李瑞龙,李超,宇波,张劲军,代鹏飞. 化工学报. 2011(S1)
博士论文
[1]原油罐储过程传热与流动特性描述及有效能利用评价研究[D]. 孙巍.东北石油大学 2017
[2]塔河稠油乳化降黏及微波化学破乳研究[D]. 孙娜娜.西南石油大学 2016
[3]电容层析成像图像重建与气力输送两相流可视化测量研究[D]. 王泽璞.华北电力大学 2013
[4]微波对高粘高凝原油作用规律研究[D]. 蒋华义.西南石油学院 2004
硕士论文
[1]晃荡状态下极地油船货油保温过程研究[D]. 杨缘.浙江海洋大学 2019
[2]基于STAR CCM+的原油船货油加热过程仿真及能耗优化[D]. 黎俊杰.大连理工大学 2019
[3]极地油船货油加热过程节能研究[D]. 朱祥.浙江海洋大学 2018
[4]微波加热腔体的电磁热模型研究[D]. 汪维军.昆明理工大学 2018
[5]不同加热方式下储罐内原油传热特性研究[D]. 刘凤荣.东北石油大学 2017
[6]微波加热过程中热点效应的试验与模拟研究[D]. 王彪.山东大学 2017
[7]微波热利用过程中能量利用效率及介质吸波特性的试验研究[D]. 赵超.山东大学 2015
[8]高功率矩形微波反应器加热效率及均匀性仿真研究[D]. 杨继孔.云南师范大学 2015
[9]货油微波加热效率及微波泄漏规律研究[D]. 赵建华.大连海事大学 2014
[10]封闭腔体自然对流数值模拟研究[D]. 常建国.辽宁工程技术大学 2014
本文编号：3426080
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
货油复合传热示意图
第二章建立货油复合加热过程的数值模型11ρref为参考密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；μt为动力黏度，Pas。货油加热中引起的密度差变化较小，为了使数值计算结果有更好的收敛性，采用Boussinesq假设方程模拟由于自然对流运动而引起的浮升力项。β(Tρ)gρ(ρ)gT000(2-8)式中，ρ为流体密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；ρ0为T0时流体的密度，kg/m3；β为流体的体积膨胀系数，10-6/K。2.3.2物理模型1)尺寸设定本文以某VLCC一个边舱为研究对象，依据几何相似原理，将长22m，宽20m，舱深30m的舷侧舱[73,74]按照1:40的缩尺比简化为长为0.55m、宽为0.5m、高为0.75m的模型舱[46]，模型舱双壳宽度为0.06m，舱壁厚设定为5mm，如图2-2所示。图2-2三维物理模型舱示意图Fig2.2Schematicdiagramofthree-dimensionalphysicalmodelcabin2)基本假设对模型作如下基本假设：（1）假定液货舱油品维持在常温静水环境下进行加热，保持波导输入功率为恒定值，仅考虑分析单一微波源热耦合的影响；（2）忽略加热后油品浓度的变化和化学变化特征，仅考虑温差引起的自然对流传热的影响；货油蛇形盘管微波源
热边界条件设置Fig2.3Settingofthermalboundaryconditions外部自然对流换热边界
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波采油技术研究现状及展望[J]. 徐正晓,李兆敏,鹿腾,孟繁宇,党法强. 科学技术与工程. 2019(35)
[2]油船货油加热过程中流动特性数值模拟研究[J]. 朱祥,卢金树,邓佳佳,吴文峰,张建伟,陈云. 浙江海洋大学学报(自然科学版). 2018(01)
[3]基于CFD的大型原油储罐非稳态传热数值研究[J]. 杜明俊,张志贵,徐雪飞,陈侠,董长福,杨健. 辽宁石油化工大学学报. 2016(04)
[4]大型原油浮顶储罐蒸汽盘管加热过程数值模拟[J]. 孙巍,成庆林,王沛迪,衣犀. 化学工程. 2016(07)
[5]沉船油舱抽油加热过程的热力学分析[J]. 周家海. 船舶工程. 2015(05)
[6]10×104 m3浮顶罐罐壁附近原油温度分布数值模拟[J]. 刘佳,侯磊,陈雪娇. 油气储运. 2015(03)
[7]基于FLUENT的储罐内原油温度分布规律研究[J]. 梁文凯,邓文俊,丛润芝,谢楠,吕宇玲. 辽宁石油化工大学学报. 2014(05)
[8]6300t油船热媒油加热系统的设计与计算[J]. 廖志义,葛富荣. 江苏船舶. 2013(06)
[9]微波辐射稠油降粘机理的研究进展[J]. 张起豪,熊攀,丁鲁振. 广东化工. 2013(15)
[10]大型浮顶油罐温度场数值模拟[J]. 李旺,王情愿,李瑞龙,李超,宇波,张劲军,代鹏飞. 化工学报. 2011(S1)
博士论文
[1]原油罐储过程传热与流动特性描述及有效能利用评价研究[D]. 孙巍.东北石油大学 2017
[2]塔河稠油乳化降黏及微波化学破乳研究[D]. 孙娜娜.西南石油大学 2016
[3]电容层析成像图像重建与气力输送两相流可视化测量研究[D]. 王泽璞.华北电力大学 2013
[4]微波对高粘高凝原油作用规律研究[D]. 蒋华义.西南石油学院 2004
硕士论文
[1]晃荡状态下极地油船货油保温过程研究[D]. 杨缘.浙江海洋大学 2019
[2]基于STAR CCM+的原油船货油加热过程仿真及能耗优化[D]. 黎俊杰.大连理工大学 2019
[3]极地油船货油加热过程节能研究[D]. 朱祥.浙江海洋大学 2018
[4]微波加热腔体的电磁热模型研究[D]. 汪维军.昆明理工大学 2018
[5]不同加热方式下储罐内原油传热特性研究[D]. 刘凤荣.东北石油大学 2017
[6]微波加热过程中热点效应的试验与模拟研究[D]. 王彪.山东大学 2017
[7]微波热利用过程中能量利用效率及介质吸波特性的试验研究[D]. 赵超.山东大学 2015
[8]高功率矩形微波反应器加热效率及均匀性仿真研究[D]. 杨继孔.云南师范大学 2015
[9]货油微波加热效率及微波泄漏规律研究[D]. 赵建华.大连海事大学 2014
[10]封闭腔体自然对流数值模拟研究[D]. 常建国.辽宁工程技术大学 2014
本文编号：3426080
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3426080.html
