 |
Физико-математическая модель параметров нефти в трубопроводе
|
|
|
|
ФГБОУ ВПО
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт физики и химии
Кафедра механики многофазных систем
Домашнее задание №1
по курсу: «Гидрогазодинамика»
тема: «Разработка методики расчета и компьютерной программы для исследования параметров нефти в трубопроводе»
Выполнил:
студент группы 25ТФ123
Есенбаев Т.Е.
Проверил:
Шабаров А.Б.
доктор технических наук,
профессор кафедры ММС
Тюмень, 2014
СОДЕРЖАНИЕ
Введение...................................................................................................................3
1. Постановка задачи...............................................................................................5
2. Физико-математическая модель параметров нефти в трубопроводе.............6
2.1 Исходные данные..............................................................................................6
2.2 Расчет плотности...............................................................................................7
2.3 Расчет давления.................................................................................................7
2.4 Расчет температуры...........................................................................................8
3. Расчетно-параметрическое исследование влияния температуры грунта на изменение скорости, давления и температуры по длине трубопровода............................................................................................................9
4. Расчетно-параметрическое исследование влияния относительной шероховатости на изменение скорости, давления и температуры по длине трубопровода..........................................................................................................19
5. Приложения.......................................................................................................29
5.1 Список идентификаторов...............................................................................29
5.2 Листинг программы на языке Object Pascal..................................................30
Заключение.............................................................................................................36
|
|
|
Список литературы................................................................................................37
Введение
Роль трубопроводного транспорта в системе нефтегазовой отрасли промышленности чрезвычайно высока. Он является основным и одним из дешевых видов транспорта нефти от мест добычи на нефтеперерабатывающие заводы и экспорт.
Трубопроводный транспорт нефти имеет ряд преимуществ по сравнению с водным и железнодорожным видами транспорта: минимальная дальность транспортировки, ритмичность работы поставщиков и потребителей, наименьшие потери нефти, наибольшая автоматизация технологических процессов.
Протяженность трубопроводных магистралей в России постоянно увеличивается, осуществляется модернизация и техническое перевооружение ранее построенных трубопроводов, внедряются современные средства связи и управления, совершенствуются технологии транспорта высоковязких и застывающих нефтей, сооружения и ремонта объектов магистральных нефтепроводов.
В связи с этим необходимость введения новых и совершенствования прежних компьютерных симуляторов течения нефти в трубопроводе является на данный момент очень актуальной задачей. Применение гидродинамического моделирования позволяет с высокой (для решения производственных задач) точностью и степенью подробности анализировать физические процессы течения нефти через конкретные трубопроводные сети, учитывая их конструктивные особенности и условия эксплуатации. Использование компьютерных газодинамических и гидравлических симуляторов в топливно-энергетическом комплексе направлено на проведение автоматического анализа текущих и прогнозируемых параметров нестационарного транспорта продуктов по трубопроводным сетям с точки зрения соблюдения технологических, эксплуатационных, конструктивных, экологических и иных ограничений для предотвращения возникновения или раннего обнаружения нештатных и аварийных ситуаций на промышленных объектах топливно-энергетического комплекса.
|
|
|
Постановка задачи
Таким образом, в связи с возросшим интересом к компьютерному моделированию течения нефти в трубопроводах, перед автором поставлены следующие задачи:
1) Разработать физико-математическую модель течения нефти в трубопроводе;
2) Провести расчетно-параметрическое исследование параметров нефти в трубопроводе в зависимости от скорости, давления и температуры нефти, меняющихся по длине трубопровода;
3) Написать компьютерную программу-симулятор течения нефти в трубопроводе для аналитического решения поставленных задач.
Физико-математическая модель параметров нефти в трубопроводе
Разработанная физико-математическая модель предполагает использование метода последовательных приближений, заключающегося в следующем. В первом сечении задается температура. Тогда плотность в первом сечении определяется по формуле:
Далее задается внутренний диаметр трубы, из которого находится площадь поперечного сечения S, расход на входе G1, из уравнения расхода выражается и рассчитывается скорость во входном сечении:
Для полученной плотности также определяются давление и температура. Затем, принимая плотность в (i+1)-м сечении равной плотности в i-м, определяем скорость, давление и температуру в (i+1)-м сечении, и по новым значениям температуры пересчитываем плотность. Данную процедуру выполняем в каждом последующем сечении.
Исходные данные
Месторождение: Тетерево-Мартымьинское.
Физико-химические свойства нефти:
- плотность при 20°C: 825кг/м3;
- кинематическая вязкость: при t=20°C: 4,12 сСт;
при t=50°C: 2,17 сСт;
- температура кипения: +61°C.
Расчет плотности
Плотность нефти 
в i-м сечении рассчитывается по следующей формуле:
где 
плотность нефти при 20°C, 
;
температурная поправка, 
;
температура нефти в i-м сечении, К.
Расчет давления
Давление нефти 
в (i+1)-м сечении определяется соотношением:
где 
давление в i-м сечении, Па;
плотность в i-м сечении, ;
коэффициент Кориолиса (для турбулентного режима течения равен 1,1);
скорости потока в i-м и (i+1)-м сечениях соответственно, м/с;
|
|
|
ускорение свободного падения;
перепад высот на единичном участке, м;
удельная работа сил инерции;
удельная работа, связанная с массообменом через боковую поверхность;
удельная работа подведенной технической работы;
удельная работа сил трения.
Расчет температуры
Температура нефти 
в (i+1)-м сечении рассчитывается по формуле:
где 
удельная полная энтальпия;
теплообмен через боковую поверхность.
|
|
|
