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VirtualFlow | 基于欧拉三相模型的油/气/水分离仿真

11月前浏览838
原油生产中,三相流(油/气/水)分离一直是具有挑战的工作,气体和油水混合物之间的自由表面运动、油和水的相互掺混、颗粒沉积和非牛顿特性使得这类流动变得相当复杂。借助CFD软件模拟有助于优化分离器设计。本篇主要采用通用流体仿真软件VirtualFlow,针对基于重力分离的油、气、水三相流分离过程进行模拟分析,以预测三相流分离流动。  


模 型 简 介

采用界面追踪技术(ITM)分离油-水混合物中的气体,然后采用Euler-Euler方法,将水视为离散相,分离油-水混合物。

01

界面追踪技术(ITM)

       
ITM是一种采用欧拉方法的定位界面方法,其中流体性质可由level Set函数来表征,引入表面张力求解单流体守恒方程组,用于预测需要精确界面识别的两相流。    
 

02

Euler-Euler模型(SCSP)

     
SCSP方法用于模拟容器中的分散相(水)动力学,在本文中表示为单类分散相。与用于分离气体和液体的ITM相结合便可以分析具有不同流变特性的流体(即:可以耦合各种非牛顿模型)。

VirtualFlow基于有限体积法求解多流体Navier-Stokes方程,Navier-Stokes方程采用三阶Runge-Kutta时间积分格式求解。对流通量和扩散通量分别采用三阶TVD有界Quick格式和二阶中心格式。


二维分离器中的分离模拟

图1是采用VirtualFlow模拟二维轴对称分离器结果,图中的蓝色、灰色和绿色分别表示水,油和气体。含有气体和水的原油从左侧注入,撞击动量破碎器(momentum breaker)后,气体从顶部逸出,油沉淀后从下面被分离出来。

 

图1 二维分离器的三相流模拟


重力分离器中的三相流分离模拟

图2是重力分离器模型示意图。

 

图2 重力分离器模型

油、气、水的流体性质如表1。湍流模型采用k-ε模型(也可以使用大涡模拟)。

表1 油、气、水的流体性质

使用IST方法来划分网格,网格数量大约200万。
采用VirtualFlow模拟重力分离器中的三相流分离,模拟结果如图3所示。

 

图3 三维重力分离器模拟结果

由图3可以清晰地看到气体和液体之间由于剪切产生的表面变形和褶皱。
图4所示的是重力分离器中四个截面的密度分布,第一个平面对应于与进水管相交的平面。
   
   
   
   
 

图4 四个截面的密度分布

从图4可以看出,VirtualFlow内置模型提供了合理的分相过程,可以很好地模拟出分离细节。


通用流体仿真软件VirtualFlow在原油分离模拟方面使用ITM界面追踪方法。比其它CFD软件,VirtualFlow提供了更先进的解决方案,有助于更好地优化多相流分离系统。

来源:多相流在线
多相流燃烧湍流通用航空航天船舶轨道交通试验积鼎 CFD
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首次发布时间:2023-06-23
最近编辑:11月前
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