一种基于动网格技术的原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法

1.本发明涉及一种基于动网格技术的原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法。


背景技术：

2.由于原油中含有泥沙、胶质、蜡晶等固体杂质，在长期的运行过程中固体杂质会积聚于管壁上，导致原油管道管输效率的下降，因此必须对其进行清管作业。原油管道清管作业过程中凭借清管器的刮削作用，能够将固体杂质刮除，并随着清管器的运动排除管道。对于管线中缺乏嵌固的部分结构，可能会因清管时杂质过多导致其结构发生变形、失效。为了核算清管时固体杂质的质量能否满足管道的承载能力，有必要明确固体杂质的分布情况。然而现有的清管模拟研究中并未有针对原油管道清管过程固体杂质分布模拟的方法，缺乏原油管道清管过程固体杂质分布情况的理论基础。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决，原油管道在清管过程中管内固体杂质分布不明确，这将会影响对于清管时管道结构承载力的核算的问题，对具有一定初始固体杂质含量的原油管道进行模拟研究，基于有限体积法获取在清管过程中固体杂质的分布变化情况。此研究揭示了原油管道在清管过程中固体杂质的分布变化情况。这为原油管道在清管时承载能力的计算提供了理论依据，并为清管工作的安全进行提供了坚实的理论及技术基础。
4.上述发明目的是通过以下技术方案实现的：
5.(1)利用ansys软件的geometry模块建立原油管道及流体模型；
6.(2)通过mesh功能对其进行网格划分，得到高质量网格，导入fluent模块中；
7.(3)将编写的udf/profile程序导入fluent模块中；
8.(4)对fluent流体分析求解器进行设置；
9.(5)在完成求解后保存算例文件；
10.(6)对比分析清管前后图像，得到原油管道清管过程固体杂质的分布变化。
11.发明效果：
12.本发明基于流体力学、有限元方法，提出了一种原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法。所获得的模拟结果，表明了原油管道清管过程固体杂质分布的变化情况。该模拟方法能够提高清管承载力校核的准确性，从而提高原油管道清管的安全性，对原油管道的安全清管具有重大的指导意义。
附图说明
13.图1是一种基于动网格技术的原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法流程图；
14.图2是具体实施方式一中提出的清管前原油及固体杂质分布情况；
15.图3是具体实施方式一中提出的清管后原油及固体杂质分布情况；
16.图4是具体实施方式一中提出的控制动网格边界运动的profile程序。
具体实施方式
17.具体实施方式一：本实施方式的一种基于动网格技术的原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法，具体是按照以下步骤进行的：
18.(1)利用ansys软件的geometry模块建立原油管道及流体模型；
19.(2)通过mesh功能对其进行网格划分，得到高质量网格，导入fluent模块中；
20.(3)将编写的udf/profile程序导入fluent模块中；
21.(4)对fluent流体分析求解器进行设置；
22.(5)在完成求解后保存算例文件；
23.(6)对比分析清管前后图像，得到原油管道清管过程固体杂质的分布变化。
24.即完成了一种基于动网格技术的原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法如图1所示。
25.本实施方式效果：
26.本实施方式提出一种基于动网格技术的原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法，通过该方法可以明确，在清管过程中管道中的固体杂质会逐渐积聚于清管器前端，可以将其考虑为与清管器同步运动。此研究揭示了原油管道在清管过程中固体杂质的分布变化情况。这为原油管道在清管时承载能力的计算提供了理论依据，并为清管工作的安全进行提供了坚实的理论及技术基础。
27.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤(4)对fluent流体分析求解器进行设置过程：
28.步骤1、单击transient选择模型为瞬态模型，然后选择y方向重力加速度大小为-9.8m/s2，x、z方向为0；
29.步骤2、单击materials/fluid和materials/solid设定(fuel-oil-liquid)原油及water(水)的属性；
30.步骤3、单击models/multiphase设置为vof模型，并将原油设为phase-1，水设为phase-2；
31.步骤4、单击viscous model，选择laminar模型；
32.步骤5、单击boundary conditions，设置outlet为pressure-outlet压力出口，压力值为5mpa；
33.步骤6、单击dynamic mesh进行动网格设置，选择网格形式为layering，并选择ratio based，默认设置系数0.4和0.2，设置入口inlet按照导入的udf/profile程序以rigid body形式运动。
34.步骤7、选择initialization进行初始化，初始化时设置phase-2volume fraction为0，单击initialize初始化。初始化完成后单击region输入管道下方预设初始积水区间，单击adapt确认，然后单击patch应用。
35.步骤8、单击run calculation，设置time step size大小为0.01s，number of time steps为5000，单击calculate进行求解。其它步骤及参数与具体实施方式1相同。


技术特征：
1.一种基于动网格技术的原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法，其特征在于一种基于动网格技术的原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法按照以下步骤实现：(1)利用ansys软件的geometry模块建立原油管道及流体模型；(2)通过mesh功能对其进行网格划分，得到高质量网格，导入fluent模块中；(3)将编写的udf/profile程序导入fluent模块中；(4)对fluent流体分析求解器进行设置；(5)在完成求解后保存算例文件；(6)对比分析清管前后图像，得到原油管道清管过程固体杂质的分布变化。2.根据权利要求1所述的一种基于动网格技术的原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法，其特征在于步骤(1)利用ansys软件的geometry模块建立原油管道及流体模型过程为：步骤1、打开ansys软件的geometry模块，根据预设管道的尺寸建立管道模型；步骤2、选中管道全部内壁面，利用fill功能生成管内流体，并根据流体在管内的实际流动方向，在生成的流体上命名入口inlet以及出口outlet。3.根据权利要求1所述的一种基于动网格技术的原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法，其特征在于步骤(4)对fluent流体分析求解器进行设置过程为：步骤1、单击transient选择模型为瞬态模型，然后选择y方向重力加速度大小为-9.8m/s2，x、z方向为0；步骤2、单击materials/fluid和materials/solid设定(fuel-oil-liquid)原油及固体杂质的属性；步骤3、单击models/multiphase设置为vof模型，并将原油设为phase-1，固体杂质设为phase-2；步骤4、单击viscous model，选择laminar模型；步骤5、单击boundary conditions，设置outlet为pressure-outlet压力出口，压力值为5mpa；步骤6、单击dynamic mesh进行动网格设置，选择网格形式为layering，并选择ratio based，默认设置系数0.4和0.2，设置入口inlet按照导入的udf/profile程序以rigid body形式运动；步骤7、选择initialization进行初始化，初始化时设置phase-2vplume fraction为0，单击initialize初始化；初始化完成后单击region输入管道下方预设初始固体杂质区间，单击adapt确认，然后单击patch应用；步骤8、单击run calculation，设置time step size大小为0.01s，number of time steps为5000，单击calculate进行求解。

技术总结
一种基于动网格技术的原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法，本发明涉及基于动网格技术的原油管道清管过程固体杂质分布模拟方法。本发明是要解决现有的原油管道清管模拟方法，不能明确表明清管过程中固体杂质的分布变化的问题，而提出的一种基于Fluent动网格技术的模拟方法。该方法是通过：1.原油管道与流体模型的建立；2.高质量网格的划分；3.导入UDF/profile运动文件；4.Fluent流体分析求解器设置；5.保存算例文件；6.清管前后图像对比分析，即可得到原油管道清管过程固体杂质的分布变化等步骤实现的。本发明应用于原油管道清管模拟领域。拟领域。拟领域。


技术研发人员：吴瑕 徐子明 陈锦娟
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2022.05.06
技术公布日：2022/7/1