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[硕士论文] 申鹏飞
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:在水煤浆的制备和输运过程中,工况条件苛刻,介质成分复杂,浆体中固体颗粒含量高,管路输送系统长期处于高温、高压条件下,水煤浆存在着复杂的流动特性。水煤浆管道输送是典型的固-液两相流的流动过程,煤粉颗粒随水煤浆流动过程中对管道产生的冲蚀磨损,会对管道运行安全产生极大隐患,特别是对于容易发生冲蚀磨损失效的弯头,变径管,三通等典型管件。
  本文以水煤浆储罐经增压泵外输到气化炉的输送管道中的90°弯管、变径管和三通管为研究对象,通过 CFD数值模拟的方法对90°弯管、变径管和三通管开展冲蚀磨损三维数值模拟研究。首先对水煤浆冲蚀磨损理论进行了介绍,从水煤浆的特性及分类、冲蚀磨损机理与冲蚀影响因素三个方面进行了详细的介绍。其次对冲蚀磨损的离散相模拟理论进行了研究,依次建立基本控制方程,选择标准k??湍流模型,选择离散相随机轨道模型研究颗粒运动轨迹,选择腐蚀与沉积模型作为冲蚀磨损率模型,选择标准壁面函数法和壁面反弹恢复系数作为壁面处理方式和颗粒碰撞壁面后的反弹恢复方程,选择QUICK离散格式和基于压力的求解器作为控制方程的离散化和求解方法。再次,根据实际工厂资料,依次建立几何模型,划分模型网格,设置边界条件,求解设置及模拟运算,并对网格的无关性与模型的有效性进行验证。
  本文通过借助Fluent软件计算并模拟不同工况条件下,水煤浆管道的最大冲蚀磨损率和冲蚀磨损的位置分布,来分析并研究水煤浆管道的冲蚀磨损规律,建立水煤浆管道冲蚀磨损的预测方法,分析得到了管道直径、弯径比、弯曲角度、煤粉颗粒直径、煤粉颗粒密度、煤粉颗粒质量流量、流速等不同冲蚀影响因素条件下管道的最大冲蚀磨损率变化规律,并提出合理的管道冲蚀磨损的预防措施,为管道设计、工艺计算以及管道系统壁厚监测提供理论依据,为工程实际实际应用提供一定的理论指导。
[硕士论文] 刘永峰
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:在油田开发过程中,井筒存在局部凹陷现象,其发生的根本原因是地层岩性不一致和钻井技术限制所导致的局部井径扩大和井壁冲蚀。凹陷区域内的钻井液在注水泥过程中难以被驱替,造成水泥浆的顶替效率较低,最终导致固井质量较差。因此,研究井筒凹陷区域驱替流动特性及效率对提高固井质量具有重要意义。
  本文基于非牛顿流体力学基本原理和流体运动基本控制方程,结合相关的固井顶替理论知识,运用计算流体动力学的常用软件Fluent对井筒凹陷区域固井顶替流动的过程进行了数值模拟。分别研究了流态、密度差、浆体性能、凹陷段长度、井斜角、环空间隙对凹陷区域水泥浆顶替效率的影响,模拟结果表明:采用塞流或紊流顶替、增大水泥浆与钻井液两者之间的正密度差都有利于提高凹陷区域水泥浆的顶替效率;确定了较高的凹陷区域顶替效率对应的浆体性能(即钻井液以及水泥浆的粘度、动切力、稠度系数和流性指数);凹陷区域的顶替效率随着环空间隙的减小而降低,凹陷段长度越长则顶替效率越低,井斜角越大则顶替效率越低;此外,随着时间的增长,凹陷区域水泥浆的顶替效率值迅速升高,当顶替效率升高到一定值后增速变缓,之后其值基本不再随着时间的增长而发生变化。
  研究结果对提高井筒凹陷区域固井顶替效率及固井质量具有一定的指导意义,同时利于明确井筒凹陷区域顶替流动过程中的顶替机理,为注水泥设计和施工提供必要的理论依据。
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