非牛顿原油层流埋地热油管道沿线温度的确定.pdfVIP

维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第3O卷 第 6期 2006年 12月 JOURNAIOFDAQING PETROIEUM INSTITUTE Vo1．3O No．6 Dec． 2006 非牛顿原油层流埋地热油管道沿线温度的确定 贾永英 ，刘 扬 ，王玉洁。，曾 文 (1．大庆石油学 院 土 木建 筑 工程 学 院．黑龙江 大庆 163318； 2．大庆 石油 学 院 石 油工程学 院 ．黑龙江 大庆 163318； 3．大庆石油管理局 保险中心．黑龙江 大庆 163413； 4．中国石油工程设计有限公司 西南分公司．四川 成 都 610017) 摘 要 ：原油在管道流动过程中，摩擦力做 的功转化为摩擦热 ，引起原油温度升高．根据流体热力学原理 ，建立 了摩 擦热影响下的非牛顿原油层流热力学模型，给出了埋地热油管道沿线温度 的数值计算方法 ．确定 了原油管道沿线温度． 结果表明：当原油处于非牛顿层流状态时，摩擦热 的影响不可忽略． 关 键 词 ：摩擦热 ；非牛顿原油 ；层 流；原油 ；埋地热油管道 中图分类号 ：TE832．34 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—1891(2006)06—0051—02 热油输送过程中存在着摩 阻损失和散热损失 ，二者相互影响[1j．摩阻损失取决于油品的黏度 ，黏度又 取决于输送温度．油品在较高的温度下输送，散热损失增大，黏度降低 ，摩阻损失减小 ，以往埋地热油管道 的热力计算 ，把一些与油温相关的物性参数视为定值 ，并且忽略了摩擦热的影响，这与实际埋地热油管道 的运行规律有一定误差．随着原油输送距离的延长 ，原油温度逐渐降低 ，原油从牛顿流体过渡到非牛顿流 体 ，可能的流动状态有牛顿流体紊流和层流、非牛顿流体紊流和层流．为提高计算精度 ，拟考虑温度对原 油物性的影响，并确定摩擦热影响下非牛顿原油层流埋地热油管道沿线温度． 1 数学模型 当原油输送温度高于凝固点，低于反常点温度时，大多数含蜡原油的流动状态为非牛顿层流．原油输 送温度高于周 同环境温度，油流 自身热量不断散失 ，微元段对外的散热量 q、油流摩擦产生的热量 qz、内 能的增加 △(，分别为 ql一一 KTrDB(f— td)dl， (1) q2一 ~Dvdl， (2) △q— GC(f)dt． (3) 由能量守恒定律有 丽 _) df ㈩ 式(1～4)中：K为总传热系数 ；l为管线长度 ；G为所输原油 的质量流量 ；t为管道周围环境温度 (即地 温)；t为任意位置管线油流温度 ；D 为保温层外径 ；D为管道直径 ；为油流速度； 为剪切应力 ；C(f)为 原油 比热容，C(f)=~--A exp()，其中 ，A ，均为常数． 在非牛顿流段，大多数含蜡原油的流型为接近幂律方程的假塑性体，其流变方程为rh—k()，“其 中稠度系数k。和流变行为指数 是温度和热处理条件的函数．当热处理条件一定时，在 中等速度梯度范 收稿 日期 ：2006—08—21；审稿人 ：刘晓燕 ；编辑 ：任志平 基金项目：黑龙江省教育厅技术研究项 目 作者简介：贾永英 (1972一)，女 ，博士生 ，副教授 ，主要从事油气储运方面的研究． 维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 3O卷 2006年 围内近似符合…”一a+ 和k一kmexp(一cUf)，其 中a，卢，k ，叫均为常数．管壁处的速度梯度为dv一