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利用CFD方法预测长喉颈文丘里湿气流量测量模型

作　者: 赵轶
导　师: 徐英; 童复来
学　校: 天津大学
专　业: 控制工程
关键词: 湿气测量 CFD DPM模型欧拉模型湍流模型气液两相预测模型
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

由于石油天然气工业需求推动，湿气的在线不分离计量技术已经引起越来越多的天然气生产者、研究者和流量计生产厂商的关注。本文致力于利用计算流体力学（CFD）实现湿气在线不分离测量，主要完成了以下工作：(1)本文对高压湿气流量测量仿真实验方法开展了研究，探索了欧拉模型进行湿气仿真的可行性。针对标准文丘里高压湿气工况，开展欧拉模型下湍流模型的研究,得出了RSM湍流模型较为适用的结论。利用RSM湍流模型，欧拉多相流模型进行仿真计算，并将得到的结果与DPM模型、NEL实流实验的实验数据进行比较。欧拉模型的最大误差为3.75%，均方根误差为2.08%，误差较小,较DPM模型略优，由此而得出了可以利用欧拉模型进行高压湿气仿真的结论。(2)基于口径为DN50，β=0.55、β=0.4及口径为DN32，β=0.4三种结构的长喉颈文丘里管，针对3MPa压力下、气相流量范围为10000Nm3/d-160000Nm3/d，GVF>91%的中石油西南油气田现场的工况，利用多相流欧拉模型和DPM模型分别进行了仿真计算。将口径为DN50，β=0.55、β=0.4两种结构的欧拉和DPM仿真预测模型分别应用于井口现场实现两相流量的在线预测，并比较两种多相流模型的优劣。对于气相的实时测量，两种结构下，欧拉模型均方根误差在4%左右，DPM模型为5%左右，修正后欧拉模型均方根误差仍小于DPM模型。对于液相测量，DN50-β=0.4的结构下，DPM模型略优；DN50-β=0.55的结构，欧拉-袁模型较好。经过比较及权衡，得出在湿气工况下欧拉模型较DPM模型准确的结论。(3)针对压力为10-14MPa，气相流量为20000-370000Nm3/d, GVF>35%的塔里木气田的高压高含液工况，基于口径为DN50，β=0.55、β=0.4这两种结构的长喉颈文丘里管，采用多相流欧拉模型建立了气液流量计量预测模型。其中，DN50-β=0.55结构下的仿真介质为天然气和凝析油，DN50-β=0.4结构下的仿真介质为天然气、凝析油、水。气相预测模型在大气相点下模型的拟合精度较高，误差在0.01%-0.4%之间，而在小气相点下稍差，除了14MPa下，口径为DN50、β=0.55均方根误差在3%-4%左右外，其余结构、压力下拟合的均方根误差在1%-2%左右。液相模型的满度均方根误差小于2%，误差较小。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-19
  1.1 湿气流量测量研究及发展现状  9-14
    1.1.1 湿气的定义及特点  9-10
    1.1.2 湿气测量的特性参数  10-13
    1.1.3 目前湿气两相流量计量的方法  13-14
  1.2 节流式流量计湿气测量研究与发展现状  14-16
    1.2.1 虚高理论  14-15
    1.2.2 节流式流量计湿气测量研究与发展现状  15-16
  1.3 湿气多相流仿真方法  16-18
  1.4 章节安排及创新点  18-19
第二章高压湿气流量测量仿真实验方法研究  19-27
  2.1 Fluent 软件在多相流体计算中的应用  19-20
    2.1.1 Fluent 软件在流体计算中的应用  19
    2.1.2 Fluent 多相流模型简介  19-20
  2.2 NEL 高压湿气实流实验数据  20-21
  2.3 欧拉模型在高压湿气仿真实验中的应用  21-22
    2.3.1 网格划分  21
    2.3.2 边界条件  21-22
  2.4 湍流模型的比较研究  22-24
    2.4.1 湍流模型简介  22-23
    2.4.2 高压湿气仿真条件下的湍流模型比较研究  23-24
  2.5 欧拉、DPM 模型与实流实验结果比较分析  24-26
  2.6 本章小结  26-27
第三章长喉颈文丘里管虚高预测模型研究  27-54
  3.1 长喉颈文丘里管凝析天然气两相流量计工作原理  27-28
  3.2 仿真工况条件  28-29
  3.3 仿真模型的建立  29-34
    3.3.1 网格模型建立  29-31
    3.3.2 湍流模型及边界条件的设置  31
    3.3.3 控制参数的设置  31-33
    3.3.4 仿真步骤  33-34
  3.4 仿真结果的流场分析  34-36
    3.4.1 近壁面压力曲线分析  34-36
    3.4.2 液相流场分析  36
  3.5 DPM 模型与欧拉模型仿真预测模型  36-43
    3.5.1 气相模型分析  37-39
    3.5.2 液相模型分析  39-41
    3.5.3 气、液相模型汇总  41-43
  3.6 仿真模型在实流现场应用  43-48
    3.6.1 DN50-β=0.4 仿真模型在西南油气田现场应用  43-46
    3.6.2 DN50-β=0.55 仿真模型在西南油气田现场应用  46-48
  3.7 仿真模型误差分析  48-53
    3.7.1 DN50-β=0.4 仿真模型误差分析  48-50
    3.7.2 DN50-β=0.55 仿真模型误差分析  50-51
    3.7.3 误差分析结论  51-52
    3.7.4 仿真模型在现场应用的总结  52
    3.7.5 仿真模型适用性分析  52-53
  3.8 本章小结  53-54
第四章高压高含液的仿真预测模型研究  54-65
  4.1 仿真工况条件  54-57
    4.1.1 塔里木英买 7-19 区块工况条件  54-55
    4.1.2 仿真工况条件  55-57
  4.2 仿真模型建立  57
  4.3 欧拉模型仿真结果的流场分析  57-58
  4.4 欧拉仿真预测模型  58-64
    4.4.1 虚高与 K 值关系分析  58-61
    4.4.2 气相流量预测模型  61-63
    4.4.3 液相流量预测模型  63-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章总结与建议  65-68
  5.1 总结  65-66
  5.2 建议  66-68
参考文献  68-72
附录符号表  72-74
发表论文和参加科研情况说明  74-75
致谢  75

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