混油研究整理总结.doc

第一节 管道顺序输送混油机理 沿程混油 管内互相接邻的油品在流动过程中发生的混油称为沿程混油，若无严重的意外情况发生，它是主要的混油。沿程混油有以下三个水力和物理特性在起作用： 流速伸展 流速伸展是一种水力特性，由液流横截面流速分布不均匀造成，可称流速不均扩散。 根据流体力学理论，管流横截面上流速的分布规律为： 式1表明，管流横截面上的流速呈圆锥形分布，最大流速与平均流速之比，层流为2:1，紊流为1.14:1，。在顺序输送过程中，密度的差异对层流状态的流速分布有一定影响，对紊流状态则基本上没有影响。圆锥形的流速分布使后行油品像楔子那样向前行油品突进，造成不断延伸的混油段。层流的楔子最尖突，混油更为严重。 横截面上流速分布不均是沿程混油的基本根源。如果混油过程仅有流速伸展这一个因素起作用，就会出现两种油品分层共处、各层异速前进的局面，这是极其危险的。 按式1可以推导出纯流速伸展的混油长度，在紊流状态可为管道长度的68%左右，而在层流状态竟可延伸为管道长度的4.5倍。幸而有分子扩散和紊流扩散作用，使分层异速流动现象在层流状态下有所改善，在紊流状态下则可完全避免。 分子扩散 分子扩散是一种物理特性，由油品浓度梯度造成。当分子扩散时，既有径向的扩散又有轴向的扩散，其强度取决于物质特性。轴向扩散使混油增加，是不利的扩散，不过该扩散速度与前述流速不均的伸展速度相比较是微不足道的。径向扩散使横截面浓度趋于均匀，可缩短混油长度，是有利的扩散，其实际效果依液流的流态而不同。 在层流状态下，各层油品的掺混完全依靠这种作用，可惜由于分子扩散速度不大，其消除分层流动的作用是有限的。 在紊流状态下，分子扩散速度远远低于紊流扩散速度，对油品掺混的作用不需考虑。 紊流扩散 紊流扩散是一种水力特性，由液体质点的不规则运动造成，仅存在于紊流状态。像分子扩散那样，紊流扩散既有径向的扩散又有轴向的扩散，其强度取决于紊流特性，比分子扩散大得多。强劲的径向扩散，尤其是旋涡运动，使液体质点发生剧烈的横向交换，中部速度较快的油品把边缘滞后的油品迅速带走，可大大缩短混油长度，一般只为管道长度的0.5%-1.0%。因此，顺序输送总是取紊流而避层流。 综上所述，在紊流状态下的沿程混油是流速伸展、紊流扩散、分子扩散共同作用的结果，前两者起决定作用。 从实效讲，伸展是有害作用，扩散是有益作用。三个作用的综合效应称为扩展，也可统称扩散。有些文献把这种扩散也叫做紊流扩散，这种紊流扩散与流体力学所讲的由液体质点不规则运动造成的紊流不同。、 局部混油 管道始端切换油品产生的搭接混油和管件阀门等造成的死角混油为局部混油。如有复管 ，其混油也属于局部混油。泵站的死角很多，其所增加的混油量与通过10-15km管道的混油量不相上下。有些文献把泵站局部混油归因于泵，还需商讨。由于泵内流速大大快于管内流速，不可能有死角，加之叶轮具有使混油均匀的作用，即使不起明显的好作用，也不应起明显的坏作用，很可能是无关紧要的。在计算时，局部混油一般不单独考虑，而是把它并入沿程混油的扩展系数中，与长输管道水力计算不单独计算局部阻力而并入沿程阻力的方法类似。 意外混油 沿程混油和局部混油都是必定存在的。此外，，一些意外混油也会造成不可忽视的，甚至是严重的混油。尤其值得注意的是，中途停输造成的意外混油，因为在流动过程中，油品密度的差异对油品混合的作用无足轻重，但若停输，密度差就会在一定的条件下起重要作用。意外混油并非必然存在，但若发生则必须单独计算。  混油简化模型 紊流状态下的沿程混油是一个复合过,应当说,这一过程是能够用一套方程来准确表达并用数值方法求解的，但相当复杂,难以在工程分析计算时应用。为了工程的应用,可以对混油过程予以简化。简化之一是不考虑层流底层的存在,认为它极薄而可以忽略不计,紊流扩散作用遍及整个横截面；简化之二是不考虑流速伸展总是先于并快于紊流径向扩散,横截面上的浓度分布总有点不均匀,认为径向扩散作用可以瞬时将油品混合均匀。不言而喻,这样简化只适用于紊流状态,决不可用于层流。 前行油品称为A油,后行油品称为B油。混油程度用体积分数表达,单位为1（许多文献称之为百分浓度,这不符合国标《量和单位》的规定）。由于上述简化,两种油品沿轴向的体积分数以界面为中心呈对称衰减分布，如图1中的细曲线所示。 依据混油过程的简化模型可推导出混油的浓度基本微分方程。 以下研究距界面x处的微分段在时间内B油浓度的变化。思路为：用扩展速度和体积分数分别来表示B油的体积增量。 在时间段内，段B油的体积增量为： （2） 式中：—— B油的体积增量； ——B油的体积分数； A——管子截面积。 若用扩展速度表示，则体积增量为： （3） 联解（2）和（3）： （4） 思路：按照费克定律，扩展速度、扩