近年來(lái)新能源開(kāi)發(fā)成為熱門(mén)課題,地?zé)崮茏鳛榈湫偷目沙掷m(xù)能源備受關(guān)注。地?zé)衢_(kāi)采的過(guò)程中管道內(nèi)極易沉積污垢,在造成能源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)也會(huì)危害設(shè)備安全。污垢的形成機(jī)理十分復(fù)雜,實(shí)際工程中污垢沉積問(wèn)題一直無(wú)法完全解決。本文采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法,選取地?zé)衢_(kāi)采管道中顆粒型污垢和析晶型污垢進(jìn)行研究,對(duì)其沉積過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬和分析。開(kāi)展的主要工作如下:(1)顆粒型污垢沉積機(jī)理分析和模擬。在確定參數(shù)時(shí)將顆粒型污垢沉積過(guò)程分為輸運(yùn)和沉積兩個(gè)階段得到了一套實(shí)用的參數(shù)確定方法。對(duì)于模擬過(guò)程中選取的幾組較大粒徑,采用兩相流模型計(jì)算時(shí)考慮了顆粒間的碰撞,引入簡(jiǎn)化的顆粒動(dòng)力學(xué)理論,依此得出的結(jié)論更為真實(shí)。(2)析晶型污垢沉積機(jī)理分析。將析晶型污垢(CaCO_3)沉積過(guò)程分為沉積和剝蝕兩個(gè)同時(shí)發(fā)生的步驟,依此建立了析晶型污垢沉積速率、剝蝕速率、熱阻及密度與垢層厚度和溫度間的關(guān)系并給出了計(jì)算方法。數(shù)學(xué)模型選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型確定管內(nèi)流場(chǎng);一級(jí)化學(xué)反應(yīng)方程用以表征污垢生長(zhǎng);壁面表面反應(yīng)模型用以近壁處理建立完整的模型。(3)兩種污垢物理模型的建立�；诙啻文M計(jì)算實(shí)驗(yàn)確定2D直管和均勻網(wǎng)格適合作為兩種污垢的物理模型并給出了具體原因。以阻力和Nu值為觀測(cè)指標(biāo)對(duì)析晶型污垢數(shù)值模擬的可靠性進(jìn)行了檢驗(yàn),確認(rèn)建立的模型符合工程要求。(4)顆粒型污垢數(shù)值模擬。利用FLUENT軟件模擬了不同流體平均流速和不同顆粒粒徑時(shí)顆粒型污垢在二維直管內(nèi)的沉積情況,得到了固定截面處管道內(nèi)沙相組分和沙相速度分布曲線并對(duì)曲線作出分析。(5)析晶型污垢數(shù)值模擬。利用FLUENT軟件模擬了不同流體濃度和不同平均流速時(shí)析晶型污垢在直管內(nèi)的沉積情況。結(jié)合模擬結(jié)果和實(shí)際沉積速率確定方法制作了不同流體濃度和平均流速時(shí)污垢沉積速率和剝蝕速率隨時(shí)間變化曲線并對(duì)曲線作出分析。
【學(xué)位單位】：武漢輕工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TU83
【部分圖文】：

由于地?zé)崴腥芙饬诉^(guò)飽和的鹽類(lèi)，當(dāng)溶解度析出并附著在管道內(nèi)壁，其中鈣離子析出最常見(jiàn)4晶體。而析晶污垢被溶液剝蝕后隨溶液流動(dòng)可視污垢。是指流體中的某些物質(zhì)相互間或與管逼物這類(lèi)污垢多附著在內(nèi)壁面和顆粒污垢表面，作為與反應(yīng)。。管道中的鐵元素容易與流體中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)典型的腐蝕污垢。這種污垢的產(chǎn)生本身對(duì)管道就他化學(xué)反應(yīng)污垢的形成。。流體中存在的微生物會(huì)附著在管道內(nèi)壁逐步生長(zhǎng)的物質(zhì)形成泥狀物質(zhì)，而泥狀物質(zhì)又有利于生物管道系統(tǒng)前段溫度較高不適合生物繁殖但管道系。各種類(lèi)型的污垢在管道中進(jìn)行混合，此外部分成分和形成機(jī)理復(fù)雜，沉積過(guò)程很難被定性定量

生明顯變化的地方，如管道橫截面突然減小是污垢容易發(fā)生沉積。工程中還發(fā)現(xiàn)，沉積出的污垢顆粒尺寸有明顯的相似性，即同一沉積地的污垢顆粒直徑非常近似，但不同沉積處的顆粒大小又有明顯不同，所以顆粒型污垢的沉積可能與顆粒的尺寸間存在關(guān)系。實(shí)際工程還發(fā)現(xiàn)當(dāng)管道中流體流速降低時(shí)沉積型污垢也更容易發(fā)生沉積。本文將從這探究顆粒直徑和管道流速改變對(duì)于顆粒型污垢沉積速率的影響。1.2.3 CaCO3污垢生成機(jī)理CaCO3是典型的無(wú)機(jī)化合物，質(zhì)地堅(jiān)硬且附著力強(qiáng)，基本不溶于水，但易溶于酸性溶液。富含鈣離子的溶液在高溫情況下容易析出 CaCO3。溶液中的 CaCO3多以水化物形式存在，所以通常不是純白色。CaCO3分解溫度為 898℃，所以 CaCO3晶體一旦形成，很難再分解成離子進(jìn)入溶液。地?zé)衢_(kāi)采實(shí)際工況中地殼內(nèi)的鈣離子會(huì)與空氣中的 CO2和水共同反應(yīng)率先在較為粗糙的管道內(nèi)表面生成 CaCO3晶體，其形狀多為針狀，多孔結(jié)構(gòu)。

圖 3.3 CaCO3 溶解度圖者樂(lè)鐘研究 CaSO4.2H2O 污垢沉積機(jī)理，Bramson[12現(xiàn)單純的 CaSO4晶體容易被流體沖刷剝蝕，但混入率明顯降低，說(shuō)明 CaCO3相比 CaSO4污垢而言結(jié)垢周知 CaCO3能與酸反應(yīng)，所以酸性環(huán)境能有效降低響 CaCO3污垢生成的重要因素。除此之外還有那就是本文將要探討的問(wèn)題。擬研究進(jìn)展外已有諸多學(xué)者對(duì)析晶型污垢開(kāi)展了研究。Kern 和程并非單一沉積過(guò)程，而是沉積和剝蝕同時(shí)作用的-脫出速率，該理論被接受和運(yùn)用到之后眾多研究中污垢沉積的過(guò)程，對(duì)于模型的準(zhǔn)確性有很大影響。論分析的方式建立了 CaSO4 析晶污垢剝蝕的物理模剝蝕過(guò)程存在影響。Krause[15]研究了 CaSO4 在水平

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號(hào)：2817227