管道流动体系气液两相流场数值模拟

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1、学号：12104403常州大学硕士学位论文管道流动体系气液两相流场数值模拟研究生王蕾王树立指导教师周诗岽学科、专业名称油气储运工程研究方向天然气水合物储运及多相流2015年04月NumericalSimulationStudyonGas-liquidTwoPhaseFlowinPipeFlowSystemADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByWangLei(OilandGasStorageandTransportationEngineering)Dissertatio

2、nSupervisor:Prof.WangShu-liApril，2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作

3、的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要如今雾霾情况日益严重，人们对环境问题越来越关注，天然气水合物是清洁环保且安全的新型能源，是一种很有前景的新能源，其生成促进技术备受研究学者

4、们的关注。本实验室对天然气水合物生成促进进行研究工作，提出利用管道螺旋流来促进气液两相掺混，强化传质传热，提高管式反应器内气体水合物的生成速率。文章首先归纳了国内外对螺旋流研究现状，以及水合物生成技术的发展现状，详细介绍了螺旋流的基本特性，传热传质的特点以及气液两相流涡特性以及速度分布，综述了水合物生成技术的方法。为本实验室利用管道螺旋流以及管式水合物生成实验模拟做良好的铺垫。本文依据流体力学平衡或守恒定律的基本原理，建立计算流体计算过程中的基本方程和理论模型，对水平圆管螺旋气液两相流流动数值计算采用欧拉模型；对U型管

5、气液两相流流动数值计算采用VOF模型。通过实验数据与模拟数据对比，吻合度较高，模拟结果可信。通过数值模拟结果对叶片起旋器引发的气液两相流流场特征进行分析研究。研究表明，叶片面积相同时，叶片间夹角越大，流体湍流强度越大，流场的轴向速度越大而切向速度逐渐减小；叶片间夹角相同时，叶片面积越大，流体湍流强度越大，流场中轴向速度减小，切向速度增大。模拟得出螺旋流流场中液相的速度场分布、两相流体湍流强度分布以及螺旋流体积含气率的分布特点。通过对比，表明气相速度对气液两相流流场中的速度分布以及含气率特征影响较大，入口体积含气率在0.

6、3~0.6之间，含气率分布均匀，更有利于气液的掺混，从而促进水合物生成。进行了管道流动体系水合物生成实验，利用模拟结果研究了水平U型管内的压降曲线特征，得出不同体积含气率下的压降分布特征趋势基本相同；分析了不同含气率条件，气液两相流流型。得出当β=0.2~0.4时，气液之间相互作用比较强烈，更利于水合物的生成。关键词：天然气水合物；气液两相流；数值模拟；叶片起旋器；U型管ABSTRACTNowadayshazesituationisworsening,peopleareincreasinglyconcernedabou

7、tenvironmentalissues.Gashydrateisanewtypeofenvironmentallycleanandsafeenergy,isapromisingnewenergy，andgashydratepromotetechnologyresearchgeneratedmuchattentionfromscholars.Thelaboratoryresearchworktopromotethegenerationofgashydrates,proposedtheuseofaspiralpipeli

8、quidtwo-phaseflowtopromotemixing,heatandmasstransfertostrengthenandimprovetherateofformationoftheinnertubularreactorgashydrate.Thearticlefirstsummarizestheresearchsta