【摘要】：天然氣水合物是目前發(fā)現(xiàn)非常具有開采與使用前景的清潔新型能源,足以滿足消耗超過一千年。天然氣水合物主要分布于深海海底,而海底表層的天然氣水合物采用絞吸式方式開采更為合理。由于水力輸送系統(tǒng)中的垂直管道是極其關(guān)鍵的部分,并且深海粗顆粒水力輸送理論研究得比較少,所以以4000m長的垂直管道為對(duì)象,分析天然氣水合物漿體在垂直管道內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律。根據(jù)液固兩相流理論,分析天然氣水合物漿體垂直管道的水力輸送參數(shù)、壓力分布、提升泵的揚(yáng)程和有效功率,并探討天然氣水合物粗顆粒的受力情況,同時(shí)建立其運(yùn)動(dòng)方程。然后,基于FLUENT軟件和兩相流模型,仿真分析天然氣水合物漿體液固兩相的流動(dòng)狀態(tài),總結(jié)出顆粒密度、顆粒直徑、管道內(nèi)徑、輸送速度和體積濃度對(duì)流場、阻力損失、壓力損失和系統(tǒng)效率的影響規(guī)律,采用遺傳計(jì)算方式對(duì)水力輸送系統(tǒng)的能量消耗進(jìn)一步優(yōu)化�？紤]到天然氣水合物在臨界點(diǎn)處便開始分解生成氣體,氣體體積不斷增加并將超過30%,對(duì)系統(tǒng)的影響不可忽略,則基于分解動(dòng)力學(xué)與壓力分布的關(guān)系,建立天然氣水合物分解臨界點(diǎn)的位置、天然氣水合物分解的質(zhì)量、天然氣水合物分解生成的氣體質(zhì)量、氣體體積和氣體密度與海深之間的數(shù)學(xué)模型,并分析水力輸送參數(shù)對(duì)氣體形成的影響規(guī)律。另外,闡述了氣體減小阻力的機(jī)理。最后,選擇RNGk-ε湍流模型和群體平衡模型仿真分析天然氣水合物漿體氣液固三相流,總結(jié)出三相分布和速度分布規(guī)律,以及水力輸送參數(shù)的優(yōu)選值,并討論了氣相對(duì)水力提升系統(tǒng)的排距、揚(yáng)程和有效功率的影響,得出氣體的存在使排距增加了 64m～491m,氣液固三相流所需要的揚(yáng)程和有效功率在液固兩相流的基礎(chǔ)上分別減小了 1.8%～51.2%和0.9%～26.4%。由于天然氣水合物發(fā)生分解,垂直管道內(nèi)的漿體處于液固兩相和氣液固三相的兩種流動(dòng)狀態(tài),使得流場變得很復(fù)雜。通過理論與仿真相結(jié)合方式,可總結(jié)出流場規(guī)律,為深海開采海底表層的天然氣水合物提供理論支撐。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE832

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