發(fā)布時間：2018-01-05 12:03

  本文關鍵詞：石油焦高壓密相氣力輸送過程的數(shù)值模擬研究　出處：《西南石油大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 石油焦顆粒 氣力輸送 管道堵塞 流動特性 壓降規(guī)律

【摘要】：石油焦氣化制氫是高效、清潔利用石油焦的一種新型技術,而石油焦高壓密相氣力輸送是該技術中的關鍵一環(huán)。石油焦高壓密相氣力輸送過程中固相顆粒濃度高,運動狀態(tài)復雜,對其流動規(guī)律了解并不是十分清楚。同時由于缺乏可靠的理論依據(jù)作指導,在實際應用過程中,氣輸管道內的堵塞現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。為了有效預防與解決實際石油焦顆粒輸送過程中管道內的堵塞問題,有必要對其輸送過程中管內流體的流動特性展開研究。本文運用理論分析與數(shù)值仿真相結合的研究方法,對不同工況下水平管、豎直管和彎管中氣固兩相流的速度分布、濃度分布、最佳經(jīng)濟速度以及壓力降的變化規(guī)律展開研究。根據(jù)計算結果提出相應的預防措施以及解決堵管的方案,為石油焦氣力輸送系統(tǒng)的設計提供參考依據(jù)。本文研究的內容有:首先對管道中石油焦顆粒的受力進行分析,并在歐拉模型的基礎上,運用顆粒動力學理論,建立了適用于石油焦密相氣輸過程的數(shù)學模型。該模型考慮了石油焦顆粒間的碰撞與摩擦,同時也考慮了顆粒與管壁之間的摩擦。其次,對水平管石油焦高壓密相氣輸過程進行了數(shù)值仿真,掌握了水平管中氣固兩相的速度分布、顆粒濃度分布以及壓降規(guī)律。分析了表觀氣速、石油焦顆粒直徑、輸送介質以及顆粒質量流量對水平管內氣固兩相速度、濃度分布以及壓力降的影響;探討了顆粒質量流量及顆粒直徑對水平管壓降規(guī)律的影響。結果表明:由于重力作用,水平管中石油焦顆粒的流動形態(tài)為典型的非均相懸浮流動,顆粒在管底形成沉積層導致管內氣固兩相濃度分布的不均勻性非常顯著;管內壓力損失隨著表觀氣速先增大后減小,且針對特定的質量流量,存在一個使管內壓降達到最小的最佳經(jīng)濟輸送氣速。再次,通過建立垂直向上一體化管道,分別分析了垂直管段以及彎管中氣固兩相的流動特性以及壓降規(guī)律,以及輸送介質、顆粒直徑、彎管曲率半徑等對輸送過程的影響。結果顯示:垂直管中氣固兩相的速度與濃度均呈對稱分布,且石油焦顆粒體積分數(shù)的最高值并非出現(xiàn)在管道中心而是出現(xiàn)在y/R=0.8附近;同時垂直管中針對特定的顆粒質量流量也存在一個最佳經(jīng)濟速度,且通過比較可知,相同條件下水平管中壓降與最佳經(jīng)濟速度均小于豎直管;在彎管中,由于離心力作用,石油焦顆粒向彎管外側發(fā)生堆積,且該堆積現(xiàn)象在超過彎管45°面后發(fā)生的尤為明顯,并且顆粒在經(jīng)過彎管45°面后速度急劇下降,管內能量損失加劇,通過分析可知當彎管曲率半徑越小時這種現(xiàn)象越明顯。最后,通過對前面計算結果的分析,提出了一種彎管結構的優(yōu)化設計,并通過數(shù)值模擬驗證了該結構的有效性。
[Abstract]:Gasification of petroleum coke to produce hydrogen is a new technology for efficient and clean utilization of petroleum coke. The high pressure dense phase pneumatic transportation of petroleum coke is a key link in this technology. The solid phase particle concentration is high and the movement state is complex in the process of high pressure dense phase pneumatic transportation of petroleum coke. It is not very clear to understand its flow law. At the same time, because of the lack of reliable theoretical basis to guide, in the practical application process. In order to effectively prevent and solve the blockage problem in the pipeline during the transportation of petroleum coke particles, the blockage phenomenon often occurs in the gas pipeline. It is necessary to study the flow characteristics of the fluid in the pipe during the transportation process. In this paper, the theoretical analysis and numerical simulation are used to study the horizontal pipe under different working conditions. The velocity distribution, concentration distribution, optimum economic velocity and pressure drop of gas-solid two-phase flow in vertical pipe and curved pipe are studied. According to the calculation results, the corresponding preventive measures and the scheme to solve the blockage are put forward. This paper provides a reference for the design of petroleum coke pneumatic conveying system. The main contents of this paper are as follows: firstly, the stress of petroleum coke particles in pipeline is analyzed, and on the basis of Euler model, particle dynamics theory is used. A mathematical model suitable for petroleum coke dense phase gas transmission process is established. The model takes into account the collision and friction between petroleum coke particles and the friction between particles and pipe wall. Secondly. The numerical simulation of high pressure dense phase gas transmission process of horizontal petroleum coke is carried out, and the velocity distribution, particle concentration distribution and pressure drop of gas-solid two-phase in horizontal pipe are mastered, and the apparent gas velocity and particle diameter of petroleum coke are analyzed. The influence of transport medium and particle mass flow rate on gas-solid two-phase velocity, concentration distribution and pressure drop in horizontal pipe; The effect of particle mass flow rate and particle diameter on the pressure drop of horizontal pipe is discussed. The results show that the flow pattern of petroleum coke particles in horizontal pipe is a typical heterogeneous suspended flow due to the effect of gravity. The formation of sediment layer at the bottom of the pipe leads to the inhomogeneity of gas-solid two-phase concentration distribution in the tube. The pressure loss in the pipe increases first and then decreases with the apparent gas velocity, and for a specific mass flow rate, there exists an optimal economic gas velocity to minimize the pressure drop in the pipe. Thirdly, through the establishment of vertical upward integration pipeline. The characteristics of gas-solid two-phase flow, pressure drop, transport medium and particle diameter in vertical pipe and curved pipe are analyzed respectively. The results show that the velocity and concentration of gas-solid phase in vertical pipe are symmetrically distributed. Moreover, the highest volume fraction of petroleum coke particles does not appear in the center of the pipeline, but in the vicinity of yr / R ~ (0.8). At the same time, there is an optimal economic velocity for the specific particle mass flow in vertical pipe, and the comparison shows that the pressure drop and the optimal economic velocity in horizontal tube are both smaller than vertical tube under the same conditions. Because of centrifugal force, petroleum coke particles pile up to the outer side of the bend pipe, and the accumulation phenomenon is especially obvious after the 45 擄plane of the bend pipe. After passing through 45 擄plane, the velocity of particles decreases sharply and the energy loss in the pipe increases. The phenomenon is more obvious when the curvature radius is smaller. Finally, through the analysis of the results of the previous calculation. An optimal design of the curved pipe structure is presented, and the effectiveness of the structure is verified by numerical simulation.
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE626.87

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本文編號：1383021