天然气水合物浆体管输特性研究

发布时间：2021-05-19 16:29

　　天然气水合物（Natural Gas Hydrate,俗称“可燃冰”）,储量大、能量密度高、燃烧清洁,未来有望主导全球能源供给[1]。随着我国南海海域“可燃冰”连续、稳定的试采成功,标志着我国天然气水合物的研究工作已进入到一个崭新的阶段。同时,如何经济、安全有效地将破碎后的天然气水合物浆体从海底输送至海面也一直是困扰研究人员的重要问题。因此,本文开展天然气水合物浆体管输特性的研究,旨在确定管道输送单位质量天然气水合物所需能耗最小值,保证管输的安全性,并确定天然气水合物浆体输送经济性流动参数。本文采用数值计算方法对天然气水合物浆体的管输特性进行研究。研究内容主要包括:天然气水合物浆体固-液输送段的特性研究;天然气水合物分解输送段的特性研究;基于响应曲面法的最优流动参数分析。研究结果如下:（1）在天然气水合物浆体固-液输送段中,水平管浆体的临界流速判别以均匀度变异系数26.52%为判别依据,并对不同工况下临界流速的进行了数值计算,拟合出临界流速与固相颗粒体积分数、颗粒粒径、固液密度比的关系式;水平管道的压力损失随着流速的增大而增大;水平管道的压力损失随着固相颗粒体积分数的增加而线性增长;水... 

【文章来源】：西南石油大学四川省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 工程背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 多相流研究现状
        1.2.2 水合物管道输送研究现状
        1.2.3 水合物分解研究现状
    1.3 研究内容
    1.4 技术路线
    1.5 创新点
第2章 天然气水合物浆体固-液段管输特性数值模拟
    2.1 原始工况
    2.2 控制方程
        2.2.1 连续相控制方程
        2.2.2 离散相模型理论
        2.2.3 Hertz Mindlin (no-slip)接触模型
    2.3 数值计算前处理
        2.3.1 模型的建立
        2.3.2 网格划分
        2.3.3 材料属性
        2.3.4 定解条件
    2.4 方法验证
    2.5 水平管道流动特性分析
        2.5.1 临界流速
        2.5.2 初始流速对管道压力损失的影响
        2.5.3 固相颗粒体积分数对压力损失的影响
        2.5.4 固相颗粒粒径对压力损失的影响
    2.6 垂直管道阻力特性分析
        2.6.1 初始流速对压力损失的影响
        2.6.2 固相颗粒体积分数对压力损失的影响
        2.6.3 固相颗粒粒径对压力损失的影响
    2.7 本章小结
第3章 天然气水合物的分解对管输特性的影响研究
    3.1 天然气水合物分解理论
    3.2 控制方程
        3.2.1 湍流方程
        3.2.2 欧拉-欧拉方程
        3.2.3 组分输运方程
    3.3 数值计算前处理
        3.3.1 模型建立
        3.3.2 网格划分
        3.3.3 定解条件
    3.4 方法验证
    3.5 结果分析
        3.5.1 气体的分布
        3.5.2 水合物分解对管输的影响
        3.5.3 不同工况下的流场分析
        3.5.4 管道阻力特性分析
    3.6 本章小结
第4章 基于响应曲面法的最优流动参数分析
    4.1 响应曲面法
        4.1.1 响应曲面法简介
        4.1.2 响应曲面法原理
    4.2 水平管段
        4.2.1 试验方案的确定
        4.2.2 阻力损失回归分析
        4.2.3 响应曲面优化设计
    4.3 垂直管段
        4.3.1 试验方案的确定
        4.3.2 阻力损失回归分析
        4.3.3 响应曲面优化
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录
    附录A 接触模型
    附录B 阻力系数
    附录C 轴向截面测量值
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]全球首次海洋天然气水合物固态流化试采工程参数优化设计[J]. 周守为,赵金洲,李清平,陈伟,周建良,魏纳,郭平,孙万通.  天然气工业. 2017(09)
[2]天然气水合物沉积物颗粒影响实验[J]. 刘艳军,董孟阳,江磊磊,李文,黄志强.  储能科学与技术. 2017(04)
[3]天然气水合物分解的动力学模型研究[J]. 艾志久,王杰.  天然气地球科学. 2017(03)
[4]天然气水合物降压分解过程的数值模拟[J]. 刘建军,邵祖亮,郑永香.  西南石油大学学报(自然科学版). 2017(01)
[5]页岩气之后的能源新宠——天然气水合物[J]. 天工.  天然气工业. 2016(05)
[6]天然气水合物输送管道气液固三相流运动特性分析[J]. 吴官纪,潘振,陈保东,杨帆.  当代化工. 2015(11)
[7]深海天然气水合物管道水力提升规律研究[J]. 曾义聪,徐海良,谢秋敏,汪西力.  海洋湖沼通报. 2015(02)
[8]管道流动体系天然气水合物分解动力学模型研究进展[J]. 王淼,钟小侠,江欣,王树立,饶永超,李建敏.  天然气化工（C1化学与化工）. 2015(02)
[9]深水浅层天然气水合物固态流化绿色开采技术[J]. 周守为,陈伟,李清平.  中国海上油气. 2014(05)
[10]天然气水合物浆在管道中的流动沉积特性[J]. 王武昌,陈鹏,李玉星,刘海红,张庆东.  天然气工业. 2014(02)

硕士论文
[1]水合物浆体螺旋管多相流动及分离研究[D]. 代茂林.西南石油大学 2017
[2]海底天然气水合物绞吸式开采管道水力输送规律研究[D]. 谢秋敏.中南大学 2014
[3]水合物浆体流动特性模拟研究[D]. 雷玲琳.西南石油大学 2013



本文编号：3196081