稠油是我國(guó)的重要資源,其物性受溫度的影響較大。而稠油物性的改變則會(huì)嚴(yán)重影響除砂器的除砂效果,增加不必要的能量損耗,甚至導(dǎo)致整個(gè)除砂系統(tǒng)及管道無(wú)法正常運(yùn)行。本文將利用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究稠油溫度對(duì)除砂器除砂性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）研究稠油的性質(zhì),分類與組分。了解稠油在不同溫度下的特點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的動(dòng)力黏度。（2）基于液固分離原理,建立除砂器的幾何模型。采用RNG k-ε模型、對(duì)流項(xiàng)的QUICK離散格式、壓力梯度項(xiàng)的PRESTO!壓力插補(bǔ)格式和壓力速度耦合SIMPLEC算法對(duì)除砂器液相流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,分析研究液相流場(chǎng)的速度、壓力、湍流分布規(guī)律。（3）采用DPM模型在液固兩相（稠油除砂）與液液固三相（含水稠油除砂）模擬的基礎(chǔ)上,改變稠油溫度,顆粒直徑,油水混合比三個(gè)主要參數(shù)。經(jīng)過(guò)174組液固兩相模擬與162組液液固三相模擬,明確了除砂效率與稠油溫度、顆粒直徑、油水混合比之間的關(guān)系。（4）對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析,綜合考慮提高分離效率與減少能量損耗兩方面因素確定了在實(shí)際工況中,34℃（動(dòng)力黏度為1.860 Pa·s）為進(jìn)行油水混合比為0.2的含水稠油除砂的最適溫度;38℃（... 

【文章來(lái)源】：西安石油大學(xué)陜西省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

水力旋流除砂器基本結(jié)構(gòu)

8圖2-2流體流動(dòng)形式2.2除砂器的性能指標(biāo)通常來(lái)講，除砂器的性能指標(biāo)指的是除砂器的分離效率與壓降，而這兩個(gè)性能指標(biāo)也是評(píng)價(jià)除砂器好壞最重要的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。分離效率指的是除砂器分離所需分離物的能力，而壓降則指的是在分離過(guò)程中除砂器需要消耗的能量。在兩個(gè)性能指標(biāo)中，分離效率最為重要。因?yàn)閷?duì)于能量的損耗，有許多方法可以進(jìn)行彌補(bǔ)，而在實(shí)際工況中提高分離效率則相當(dāng)?shù)睦щy。2.2.1分離效率除砂器在石工行業(yè)最重要的作用就是將砂粒與氣液分離，所以除砂器對(duì)于砂粒的分離能力是衡量其好壞最為重要的指標(biāo)。對(duì)于除砂器對(duì)砂粒的分離能力我們一般用分離效率來(lái)表示，分離效率越高除砂性能越好。同時(shí)分離效率也可以反應(yīng)除砂器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定的合理性，對(duì)于除砂器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)有著重要的參考作用。除砂器的分離效率是指進(jìn)入除砂器的總粒子中被成功分離的粒子所占的百分比，具體表現(xiàn)為從底流口被集砂筒捕集的粒子與從進(jìn)料口進(jìn)入除砂器粒子的比值。表達(dá)式如下所示%10012×=SSη（2-1）式中，S1——從進(jìn)料口進(jìn)入除砂器的粒子總質(zhì)量(kg)S2——在集砂筒被成功捕集的粒子總質(zhì)量(kg)由于這種計(jì)算方法過(guò)于簡(jiǎn)單，所以在精確性上略有不足。在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中為了提高計(jì)算的精確性，人們通常使用分級(jí)效率算法對(duì)除砂器的分離效率進(jìn)行計(jì)算[24]。表達(dá)式如下所示%1001122×=iiiigSgSη（2-2）

17們引入了N-S方程，并通過(guò)以N-S方程建立數(shù)學(xué)模型的方法對(duì)湍流的流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬。關(guān)于湍流數(shù)值模擬的方法，目前主要有直接數(shù)值模擬法和非直接數(shù)值模擬法兩種。直接模擬方法比較“簡(jiǎn)單粗暴”，其并不使用任何模型，直接使用計(jì)算機(jī)通過(guò)較大的計(jì)算量對(duì)N-S方程進(jìn)行計(jì)算求解。這種方法適用范圍較小并且需要計(jì)算功能較為強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)才能完成。非直接模擬法應(yīng)用范圍較廣，主要是使用大渦模擬和雷諾平均模擬兩種方法進(jìn)行計(jì)算[41]。具體數(shù)值模擬分類如圖3-1所示：圖3-1Fluent中提供的湍流模型有標(biāo)準(zhǔn)kε模型、單方程模型、RNGkε模型、Realizablekε模型、Reynolds應(yīng)力方程模型、大渦模擬方法（LES）、代數(shù)應(yīng)力方程模型等。下面將對(duì)在油氣儲(chǔ)運(yùn)方面應(yīng)用最為廣泛的三種模型進(jìn)行介紹：1、標(biāo)準(zhǔn)的kε模型在Fluent中，kε模型是較早投入應(yīng)用的模型之一，同時(shí)也是許多其他模型的基矗kε模型由兩組獨(dú)立的方程組成，主要是對(duì)速度和長(zhǎng)度兩個(gè)物理量分別進(jìn)行計(jì)算。在該模型中k表示由湍動(dòng)能引起的動(dòng)量變化，ε表示湍動(dòng)能由于克服黏性力做功而轉(zhuǎn)化為熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的轉(zhuǎn)化速率。它是由科學(xué)家們從各類實(shí)驗(yàn)結(jié)果中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)方程。kε模型適用于大多數(shù)湍流模型，但精度與其他模型相比較低。kε模型可表現(xiàn)為下面兩個(gè)方程：()()()ktbkjktjiiSMGGxkxxkutk+++++=+2ρε21σμμρρ（3-7）()()()εεεεεερεεσμμρερεSkCGCGkCxxxutbkjtjii++++=+2231（3-8）

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