【摘 要】
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目前,随着海洋油气田勘探开发程度不断加深,天然气水合物浆液的管道输送安全问题逐渐成为人们关注的重点。阐明水合物浆液在管道输送过程中的流变性和流动特性,研究水合物浆液在流场中各流动参数的分布规律,对保证水合物浆液在管道中的安全输送至关重要。本文以流体力学为理论基础,采用ANSYS Fluent软件模拟了CO2水合物浆液在L型管道中的流动状态,研究了水合物浆液的流变性和流动特性,分析了三种关键因素对水
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目前,随着海洋油气田勘探开发程度不断加深,天然气水合物浆液的管道输送安全问题逐渐成为人们关注的重点。阐明水合物浆液在管道输送过程中的流变性和流动特性,研究水合物浆液在流场中各流动参数的分布规律,对保证水合物浆液在管道中的安全输送至关重要。本文以流体力学为理论基础,采用ANSYS Fluent软件模拟了CO2水合物浆液在L型管道中的流动状态,研究了水合物浆液的流变性和流动特性,分析了三种关键因素对水合物浆液和颗粒在管道不同位置的流动参数的影响。本文根据研究流体的特征选择欧拉多相流模型、RNG 6)-湍流模型和Gidaspow模型进行求解计算,使用壁面函数法进行近壁面处理,采用Ansys Fluent Meshing进行网格划分,并检验了网格独立性,最后在此基础上对12种流动工况进行了模拟分析。利用Fluent软件分析了流速、颗粒粒径、体积分数等因素对CO2水合物浆液的流变性的影响,结果表明:（1）流速增加,CO2水合物颗粒间、颗粒与液相间的碰撞剧烈,水合物浆液粘度降低,呈现剪切变稀特性;（2）随着颗粒粒径从108)增加到10008),颗粒容易沉淀和聚集,浆液粘度逐渐减小,从1.4840 8)（6?降低到1.4125 8）（6?,粘度分布云图中分层明显,粘度梯度增大;（3）水合物颗粒的体积分数从5%增加到50%,水合物浆液粘度发生明显变化,从1.2943 8）（6?增加到6.48268）（6?,符合Ostwald方程。为研究水合物浆液在圆管道中的流动特性,通过数值模拟技术模拟了CO2水合物浆液在L型管道中的流动过程,分析了流速、颗粒粒径和体积分数等因素对流动参数的影响。Fluent数值模拟结果表明:（1）L型管道中,在90°弯头部分的颗粒浓度最大,颗粒速度在横向轴线上呈“M”形分布,压力呈“M”形分布,湍流动能呈“W”形分布。（2）水合物颗粒在管道出口截面横向轴线上的速度呈倒“U”形分布,浓度呈“W”形分布,压力呈倒“U”形分布,湍流动能呈“U”形分布。（3）圆管内近壁面为低速、低压、高浓度、高湍流动能和高湍流强度区域;管道中心为高速、高压、低湍流动能和低湍流强度区域。（4）水合物颗粒速度和速度梯度随浆液流速增大而增大;流速越大,流体携带和分散颗粒的能力越强,颗粒浓度分布越均匀,流动压降增大,湍流动能和湍流强度增大,浆液混合越均匀;速度从0.1 m/s增加到1.5 m/s,水合物颗粒在管道出口的平均速度从0.1237 m/s增加到1.6283 m/s。（5）随着颗粒粒径增加,颗粒越容易沉淀和聚集,颗粒浓度分层明显,浓度梯度增大,流动压降减小;颗粒粒径从108）增加到10008),流动压降降低了37.65%。（6）随着水合物体积分数增加,颗粒浓度随之增加;湍流动能和湍流强度增大;流动压降的变化呈分段特性。本文通过数值模拟研究了CO2水合物浆液在L型管道中的流变性和流动特性,可为室内环路实验做出补充,为水合物浆液的多相流动研究提供理论支撑,为水合物浆液的管道环路实验设计提供参考依据,在水合物浆液安全管道输送技术领域具有一定意义。
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