淹没水射流作用下天然气水合物沉积物的冲蚀效果研究

发布时间：2020-04-05 23:51

【摘要】：随着我国经济的迅速发展,能源的需求量不断上升,然而传统能源储量正在逐渐减小,因此新型能源的开采与利用具有重大的研究意义,在此背景下,具有储备量大、热值高等优点的新型清洁能源天然气水合物已经称为当下研究热点。本文根据海洋天然气水合物的储层特点,提出采用高压水射流技术破碎含水合物沉积物,并采用反循环钻采技术运输水合物的新型开采方式。评价此项技术开采效率的主要指标为含水合物沉积物在高压水射流作用下的冲蚀效果,为此本文首先通过理论分析研究了喷射靶距及射流速度不同时水锤压力的计算公式以及含水合物沉积物本构模型,再运用数值模拟的方式,采用显示动力分析有限元程序LS-DYNA结合ALE算法对淹没射流条件下水射流破碎含水合物沉积物过程进行数值模拟研究,运用正交模拟试验与单因素分析相结合的方式将射流速度、入射角度、喷嘴直径和喷距四项因素对沉积物破碎效果影响规律及其原理进行了分析,最后通过室内试验对模拟得出结论的准确性进行验证,取得主要结论有:(1)将应力波理论和淹没射流结构特征方程结合推导出淹没射流条件下水锤压力的计算公式,并利用Lemaitre连续损伤等效应变假设与H-J-C模型的损伤因子推导出淹没射流条件下考虑到损伤的天然气水合物沉积物本构模型。(2)采用正交数值模拟方式得出不同射流因素对冲蚀体积敏感性大小顺序为射流速度喷嘴直径喷距入射角度,其最优参数组合为_3 _2 _3 _1;不同射流参数对冲蚀深度敏感性大小依次为:射流速度喷距入射角度喷嘴直径,其最优参数组合为_3 _1 _3 _1。(3)沉积物开始产生破碎的前提为射流速度大于临界流速,临界流速数值会随喷射靶距的减小而将低。当其他因素一定时,冲蚀体积和冲蚀深度会随射流速度的增加而线性递增。(4)沉积物冲蚀体积随入射角度的增加呈现先增大后减小的趋势,入射角度为10°时沉积物的冲蚀体积将达到最大值,而冲蚀深度在水射流垂直入射的情况下达到最大值,在此之后随着入射角度的增加而减小。(5)喷嘴直径的增加会使冲蚀体积逐渐增大,而由于阻碍冲蚀坑继续发展的水垫效应,在本文所建立的模型中冲蚀深度在喷嘴直径增加至2.1mm时达到最大,随后会基本保持稳定或略有减小,当喷嘴直径小于2.1mm时轴向冲蚀体积占主导地位;当喷嘴直径大于2.1mm后径向冲蚀体积占主导地位。(6)随着喷射靶距的逐渐增大,冲蚀体积与冲蚀深度均逐渐降低,喷射靶距从0.2cm增加至0.4cm的过程中冲蚀体积会存在断崖式下降的现象,在此之后冲蚀体积下降速度比较缓慢。这是由于喷射靶距越长水射流从喷嘴流出直至接触到沉积物表面过程中路径越远,能量损失越多,沉积物的破碎效果越差。(7)通过室内试验测量四氢呋喃水合物沉积物的临界流速为21.04m/s,相同参数条件下数值模拟所得沉积物模型临界流速为24.01 m/s,二者数值比较接近,因此认为数值模拟所得各因素对沉积物破碎效果的影响规律接近实际情况。
【图文】：

统计图,统计图,消费比重,煤炭

图 1.1 我国能源生产与消费统计图由图 1.2 可知，我国目前主要的能源来源是煤炭，，可以占到全部能%~70%,但近十年来煤炭的消费比重一直呈现稳定减小的趋势，已经从 200 71.5%缩小到 2017 年的 60.4%，同时相比于其他能源每年煤炭的生产比于最高。十年内原油的消费比重从 16.7%到 18.8%持续增高，但我国原油较低且生产比重处于持续下滑的状态，供应十分依赖进口，据统计我国原

统计图,能源,煤炭,来源

图 1.1 我国能源生产与消费统计图由图 1.2 可知，我国目前主要的能源来源是煤炭，可以占到全部能%~70%,但近十年来煤炭的消费比重一直呈现稳定减小的趋势，已经从 200 71.5%缩小到 2017 年的 60.4%，同时相比于其他能源每年煤炭的生产比于最高。十年内原油的消费比重从 16.7%到 18.8%持续增高，但我国原油较低且生产比重处于持续下滑的状态，供应十分依赖进口，据统计我国原
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE53

【相似文献】