Z型管内2种组分LPG顺序输送混量数值模拟.pdf

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1、大庆石油学院学报第35卷第3期2011年6月JOURNALOFDAQINGPETROLEUMINSTITUTEVo1．35No．3Jun．2011Z型管内2种组分LPG顺序输送混量数值模拟马贵阳，乔伟彪，陈扬，杜明俊，李朝阳(1．辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺1l300l；2．中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘066225)摘要：为顺序输送不同组分LPG时，做到准确切割混液段，以丁烷一丙烷顺序输送为例，利用计算流体动力学中的多相流Mixture模型，编写丁烷温升气化过程的传质UDF程序，数值模拟后续丙烷与前行丁烷的顺序混输过程，分析丙烷不同入口速度、管径、环境温

2、度、丁烷气化率对z型管下游直管段混液体积分数的影响．结果表明：随着丙烷注入速度的增加，下游直管段各截面丙烷平均体积分数增大且混合界面平缓；随着漏热量的减少，丁烷气化率降低，后续丙烷在下游直管段各截面体积分数增大；当环境温度升高时，下游直管段各截面丙烷体积分数降低；随着管径的减小，下游直管段各截面丙烷体积分数增加．计算结果可为实际生产中监测IPG各组分混液界面的动态变化规律，控制LPG产品的质量提供理论依据．关键词：LPG；人口速度；气化率；环境温度；管径；数值模拟中国分类号：TE973．1文献标识码：A文章编号：1000—1891(2011)03—0064～040引言液化石油气长输管线在国外应

3、用较广，一些发达国家通过长输干线和支线将各个炼厂和消费城市联系起来形成管网，成为分配燃料的重要途径之一_】]．随着对清洁燃料需求的快速增长，国内生产的LPG(液化石油气)已远不能满足工业和民用需要，需从国外大量进口，以往多采用低温常压运输船运送至我国[3]．伴随国内管道事业不断的兴起，长输液化石油气将成为可能．由于LPG为多组分液态烷烃，且每种产品的用量常发生变化，为了最大限度提高管道利用率，需要对多组分液态烃在同一管线中顺序输送．这需要对不同液态烷烃顺序输送过程中混液体积分数及混液界面的分布规律进行深入研究I5]．如丙烷和丁烷在顺序输送过程中，由于丁烷易气化，形成三相混输的复杂情况，并且丙烷

4、和丁烷在饱和蒸气压、沸点、密度等方面存在很大的差异．笔者以丁烷一丙烷顺序输送为例，利用计算流体力学中的多相流Mixture模型，编写丁烷温升气化过程的传热传值UDF程序，数值模拟后续丙烷与前行丁烷的顺序混输过程，分析丙烷不同人口速度、管径、环境温度、丁烷气化率对Z型管下游直管段混液体积分数的影响，为实际生产提供指导．1数学模型及边界条件1．1数学模型采用多相流混合模型(MixtureMode1)数值计算液化丙烷、丁烷及气化丁烷的三相流动．该模型不仅适用于计算相间存在滑移速度的多相流动，还适用于有强烈耦合的各向同性和各相异性的多相流动，湍流模型采用标准的志一￡二方程．故控制方程_。3：质量守恒方

5、程为素(Pm)+Pmv)一m，(1)动量守恒方程为收稿日期：2010—12—27；审稿人：魏立新；编辑：关开澄基金项目：辽宁省自然科学基金项目(20082186)作者简介：马贵阳(1965～)男，博士，教授，主要从事计算流体动力学及多孔介质传热传质理论方面的研究·64·第3期马贵阳等：z型管内2种组分LPG顺序输送混量数值模拟d(Pm)+V(1D)一一Vp+[(+)]+pmg+F+(a女lDⅢ)，(2)=1能量守恒方程为∑(枷E)+∑[(pkE-4-p)]一V(尼ef{(3)一1=1式(1～3)中：．0为混和密度；为质量平均流速；为质量源项；P为流体内压力；or为第忌相介质的体积分数；为第k相

6、的密度为第是相介质的漂移速度；为混合黏度；F为体积力；g为重力加速度；E为第k相流体动能；kelf为有效热导率；T为共享温度．1．2边界条件速度入口(VELOCITY—INLET)和自由出流出口(OUTFLOW)，还有加热管壁(JIAREWALL)和恒温管壁(HENGwENWALL)．在GAMBIT前处理时，采用三角形网格对Z型管进行网格划分且节点间隔数为60．2数值模拟及结果分析对几何模型内的2种液化石油气产品(丙烷和丁烷)的混液量进行研究．物理模型速度入口采用：2个水平直管段长度分别为3m和5m，2个90。弯头和1个竖直直管段，长度为3m．初始管内为不流动的丁烷，在外界温度的影响下，不断气

7、化，形成封闭系统的气液两相流动．气化一定时间后，开始注入丙烷，实现不同组分LPG顺序输送过程．Z字型双弯头流管的物理模型见图1，水平直管段局部网格放大见图2．图1Z字型双弯头管的物理模型2．1丙烷流速对体积分数的影响不同丙烷入口速度下两相组分混合界面云图及对应的截面平均体积分数曲线分别见图3和图4．由图3可以看出：在其他条件不变的情况下，随着丙烷入口速度的增加，混合图2水平直管段局部网格放大界面扰