天然气水合物浆宏观流动特性研究

【摘要】：水合物浆液流动特性研究是水合物浆液储运技术的核心,其研究不仅仅为实际生产中水合物浆液的安全输送提供保障,而且为未来可能出现的大规模的水合物开采、储运以及应用水合物做为一种新型的储气方式提供了技术支持。 本文从水合物浆的制备、水合物浆的流动特性计算以及水合物浆流动特性的数值模拟三个方面,实现了对实验条件下水合物浆液物性的预测、水合物浆液在水平管流中的流动特性计算及模拟。所提出的计算模型对制备水合物浆及预测其流动特性具有重要意义。 为实现水合物浆物理性质的计算,首先对水合物及水合物浆的物理性质及其计算方法进行了归纳总结并进行了实验验证；然后根据实验室制备水合物浆的两种较常用的方法：定压生成、定容生成分别建立了水合物浆生成相平衡的计算模型,模型可以分别对系统条件下,所生成水合物浆液的物理性质进行计算预测,通过和实验结果对比发现,计算结果准确,可以很好的预测制备过程相平衡以及生成的水合物浆性质；随后,在传统的描述固液流动的双层模型基础上,添加介质受力分析,考虑水合物浆的流变性,并在对流动转化过程分析的基础上对模型进行简化,提出了水合物浆稳定流动临界速度的定义,并对此模型编程求解,进而得到水合物浆的流型、稳定流动临界速度、浓度分布、压降因子等参数,通过和实验数据对比,发现该模型可以在较广泛的适用区间内给出较准确的预测结果。水合物浆液的数值模拟,则是在以上模型的基础上,进一步考虑颗粒粒径分布、粘度分布等,模拟结果表明,该方法可以对流动过程中的粒径变化以及粘度变化给出更直观的结果。 【关键词】：水合物浆 物性计算 相平衡模型 流动特性 数值模拟
【学位授予单位】：中国石油大学（华东）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE832
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 水合物浆简介9
• 1.2 研究背景及意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-19
• 1.3.1 水合物及水合物浆物理性质10-11
• 1.3.2 水合物浆生成及制备过程11
• 1.3.3 水合物浆流动及堵塞特性11-16
• 1.3.4 其它浆液相关研究16-19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 第二章 水合物及水合物浆基本物性21-36
• 2.1 水合物颗粒物理性质21-25
• 2.1.1 颗粒密度21-23
• 2.1.2 水合系数23-24
• 2.1.3 聚结直径24-25
• 2.2 水合物浆液物理性质25-33
• 2.2.1 浓度25-29
• 2.2.2 粘度29-33
• 2.3 物性计算方法的实验验证33-35
• 2.3.1 实验装置和过程描述33-34
• 2.3.2 实验结果及模型验证34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 水合物浆液制备过程建模及平衡态计算36-52
• 3.1 水合物浆制备装置36-38
• 3.2 定压过程水合物生成平衡态计算38-44
• 3.2.1 模型建立38-40
• 3.2.2 计算步骤及界面编制40-43
• 3.2.3 实验验证与结果对比43-44
• 3.3 定容过程水合物生成平衡态计算44-51
• 3.3.1 模型建立44-47
• 3.3.2 计算步骤及界面编制47-50
• 3.3.3 实验验证与结果对比50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 水合物浆液流动特性计算52-69
• 4.1 双层流动模型的理论基础及特点52-54
• 4.2 水合物浆液流动模型建立54-63
• 4.2.1 管线中流动介质的受力分析55-57
• 4.2.2 流动状态转变过程分析57
• 4.2.3 模型计算与编程求解57-63
• 4.3 实验验证与结果对比63-64
• 4.4 水合物浆液流动参数影响因素的正交研究64-67
• 4.5 本章小结67-69
• 第五章 水合物浆液流动特性的数值模拟69-87
• 5.1 模拟方法69-72
• 5.1.1 模型建立69-70
• 5.1.2 参数设置70-71
• 5.1.3 模拟方案71-72
• 5.2 模拟结果及对比72-85
• 5.2.1 流型判断及对比分析73-77
• 5.2.2 浓度分布及对比分析77-82
• 5.2.3 流动参数及对比分析82-83
• 5.2.4 颗粒粒径分布对流动的影响83-85
• 5.3 本章小结85-87
• 第六章 总结与展望87-89
• 参考文献89-93
• 附录自定义程序93-95
• 攻读硕士期间取得的成果95-96
• 致谢9

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