垂直管内水合物浆液流动特性的CFD⁃PBM数值模拟

doi:10.3969/j.issn.1006-396X.2019.01.011

石油化工高等学校学报 ›› 2019, Vol. 32 ›› Issue (1): 60-66.DOI: 10.3969/j.issn.1006-396X.2019.01.011

垂直管内水合物浆液流动特性的CFD⁃PBM数值模拟

侯朋朋，王春华，潘振，商丽艳，韦雪蕾，刘志明

辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺 113001

收稿日期:2018-04-17 修回日期:2018-04-27 出版日期:2019-02-25 发布日期:2019-02-28
通讯作者: 潘振（1981⁃），男，博士，教授，从事天然气综合利用技术方面的研究；E⁃mail：28335719@qq.com。
作者简介:侯朋朋（1991?），男，硕士研究生，从事天然气水合物浆液流动方面的研究；E?mail：435975535@qq.com。
基金资助:
辽宁省高等学校优秀人才支持计划资助(LJQ2014038)；辽宁省自然科学基金项目资助(201602470)。

Numerical Simulation of Hydrate Slurry Flow Characteristics in Vertical Tubes by CFD⁃PBM

Hou Pengpeng，Wang Chunhua，Pan Zhen，Shang Liyan，Wei Xuelei，Liu Zhiming

College of Petroleum Engineering，Liaoning Shihua University，Fushun Liaoning 113001，China

Received:2018-04-17 Revised:2018-04-27 Published:2019-02-25 Online:2019-02-28

摘要/Abstract

摘要： 　深海天然气水合物在固态开采过程中，当温度、压力平衡被打破时，开采管路中的水合物浆液由液固（水合物颗粒、海水）两相变为气液固（天然气、水合物颗粒、海水）三相的流动。以水合物浆液的气相为主要研究对象，采用CFD-PBM模型对气泡行为变化进行Fluent模拟，并对该模型进行了验证，模拟结果与实验值吻合度较高。结果表明，PBM模型模拟的浆液流态分布较为均匀，气泡的大小在流动过程中主要从小气泡到大气泡；气泡的初始速度对管道水利提升速度影响较大；在浆液湍动能为0.5 m2/s3、气含率为0.3时，气泡会出现二次聚并破碎。通过CFD-PBM计算得到水合物浆液体系中气泡大小分布能够较好的预测水合物颗粒分解出气相后的浆液流动特性。

关键词: 天然气水合物, 垂直管, 群体平衡模型, 多相流, 气泡聚并与破碎

Abstract: In the process of solid⁃state mining of deep⁃sea natural gas hydrates, when the balance of temperature and pressure is broken, the hydrate slurry in the production pipeline changes from liquid⁃solid (hydrate, seawater) two⁃phase to gas⁃liquid⁃solid (natural gas, hydrate,seawater). The three⁃phase flow of particles and seawater is the main research object in gas⁃liquid⁃solid three⁃phase flow. The Fluent simulation of the hydrate slurry flow in the vertical production pipe is performed using the CFD⁃PBM model, and the model is verified. The simulation results are in good agreement with the experimental values. The results show that the distribution of flow patterns simulated by PBM model is relatively uniform, and the size of bubbles in the flow process is mainly from small to large， the initial velocity of bubbles has a great influence on the hydraulic lifting speed of the pipeline， the turbulent kinetic energy in the slurry is 0.5 m2/s3. When the content is 0.3, bubbles will appear to be secondarily broken and broken. The bubble size distribution in the hydrate slurry system can be predicted by CFD⁃PBM to better predict the flow characteristics of the hydrate slurry after it is decomposed by natural gas.

Key words: Natural gas hydrate, Vertical tube, Population balance model, Multiphase flow, Bubble aggregation and crushing

侯朋朋，王春华，潘振，商丽艳，韦雪蕾，刘志明. 垂直管内水合物浆液流动特性的CFD⁃PBM数值模拟[J]. 石油化工高等学校学报, 2019, 32(1): 60-66.

Hou Pengpeng，Wang Chunhua，Pan Zhen，Shang Liyan，Wei Xuelei，Liu Zhiming. Numerical Simulation of Hydrate Slurry Flow Characteristics in Vertical Tubes by CFD⁃PBM[J]. Journal of Petrochemical Universities, 2019, 32(1): 60-66.

[1]	铁云艳, 汪杰, 江厚顺, 范龙飞, 敢家悦, 郭盼阳. 抑制剂对甲烷水合物生成规律影响的研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2023, 36(3): 37-43.
[2]	李延豪, 侯磊, 于巧燕, 柴冲, 肖开喜. 浅海天然气管道泄漏扩散过程模拟研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2022, 35(2): 74-80.
[3]	吴传昌，范飞，周晴晴，孔凡胜，申玲，管峰. 旋流筛板式流化床流化特性的数值模拟[J]. 石油化工高等学校学报, 2020, 33(6): 85-90.
[4]	米祥冉，何利民，罗小明，马立辉，徐一邱，李清平. 段塞流从单管流入并联分离器的分流实验研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2020, 33(5): 59-66.
[5]	李文英，张宁宁. 大型海底混输管道多相流水合物实验装置设计[J]. 石油化工高等学校学报, 2020, 33(5): 92-100.
[6]	梁萌, Gushchin P.A., Khlebnikov V.N., Antonov S.V., Mishin A.S., Khamidullina I.V., Lik. 甲醇与CO₂/CH₄混合气开采天然气水合物研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2018, 31(6): 61-66.
[7]	宫清君,马贵阳,潘振,刘培胜,李存磊. 基于支持向量机-CV的天然气水合物生成预测[J]. 石油化工高等学校学报, 2017, 30(5): 80-85.
[8]	崔铭伟, 封子艳, 韩建红, 曹学文. 多相流动状态下CO₂分压对X 7 0钢CO₂ 腐蚀的影响[J]. 石油化工高等学校学报, 2015, 28(2): 62-68.
[9]	尹铁男,姚海元,邓道明,张金波,宫敬. 考虑焦汤效应等因素的两相管流热力学模型[J]. 石油化工高等学校学报, 2011, 24(5): 73-76.
[10]	宋永臣, 梁海峰, 王正. 天然气水合物降压分解传热特性分析[J]. 石油化工高等学校学报, 2008, 21(4): 45-49.

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Numerical Simulation of Hydrate Slurry Flow Characteristics in Vertical Tubes by CFD⁃PBM

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