鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建腔期邊界區(qū)域流場(chǎng)的?；瘜?shí)驗(yàn)研究

劉 歡,徐素國(guó),梁衛(wèi)國(guó)

(太原理工大學(xué) 采礦工藝研究所,太原 030024)

鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建腔期邊界區(qū)域流場(chǎng)的?；瘜?shí)驗(yàn)研究

劉 歡,徐素國(guó),梁衛(wèi)國(guó)

(太原理工大學(xué) 采礦工藝研究所,太原 030024)

為了解鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建腔階段中心管、外管循環(huán)流體所產(chǎn)生的對(duì)流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)對(duì)鹽腔壁區(qū)域流場(chǎng)速度的影響,運(yùn)用相似模化原理建立了相似模型,采用粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)(PIV)和Fluent數(shù)值模擬軟件，對(duì)不同條件下建腔階段的邊界附近流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試與數(shù)值模擬。結(jié)果表明,正循環(huán)下,底部邊界受到的流體對(duì)流擴(kuò)散的影響要大于側(cè)壁邊界,在本模型中對(duì)距離鹽腔側(cè)壁邊界0.2 m區(qū)域內(nèi)流場(chǎng)速度影響非常小;反循環(huán)下,隨外管的提升,對(duì)流擴(kuò)散的主要影響區(qū)域發(fā)生變化,并且邊界區(qū)域流體速度也隨對(duì)流擴(kuò)散的主要影響區(qū)域而變化;在反循環(huán)下,縮短外管長(zhǎng)度和增大流量都會(huì)使得邊界區(qū)域流體速度增大,但兩者主要影響的邊界區(qū)域范圍有所不同。數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論吻合度較高。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)提高鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建腔效率有一定的參考價(jià)值。

鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù);流場(chǎng);邊界區(qū)域;PIV測(cè)試;Fluent數(shù)值模擬

鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)水溶造腔是利用鹽巖極易溶于水的性質(zhì),根據(jù)水溶采礦的原理[1-2]在地層沉積鹽丘或鹽巖層中,采用人工控制溶鹽方式采出鹵水,形成存儲(chǔ)天然氣的地下空間設(shè)施。目前，主要采用的是油墊法水溶造腔,即利用油水互不相容,以及油密度小和油不溶解礦物的特性,實(shí)現(xiàn)對(duì)腔體形態(tài)和體積的控制[3]。因此,了解鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔階段腔內(nèi)流體的運(yùn)移對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)建造必不可少[4-5]。特別是邊界區(qū)域流場(chǎng)的運(yùn)移，因?yàn)樵趯?shí)際的建腔工程中,在采用一定的流量、外管長(zhǎng)度和循環(huán)方式時(shí),需要了解這種情況下,地下腔內(nèi)流體受迫作對(duì)流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所波及或影響的最大范圍,其是否會(huì)帶動(dòng)邊界處流體的運(yùn)動(dòng)和提高邊界流體的流速？如果沒有影響到邊界處流體,造腔相當(dāng)于靜態(tài)溶解的速度,不能實(shí)現(xiàn)高效建腔的目的；如果影響到邊界處流體,使邊界處流體流速增大,就會(huì)加快鹽巖邊界的溶蝕,縮短建腔周期,提高建腔效益。因此,了解邊界流場(chǎng)是否受到強(qiáng)迫對(duì)流擴(kuò)散的影響，如何提高邊界區(qū)域流體速度，對(duì)實(shí)際工程有著重要的意義。

由于地下空腔內(nèi)的情況我們無(wú)法直接觀測(cè)，所以筆者以相似理論為基礎(chǔ)，采用?；椒ń⒘四軌蚍从硟?chǔ)氣庫(kù)腔體物理本質(zhì)的簡(jiǎn)化模型，定量研究邊界區(qū)域流場(chǎng)是否受到影響。在建立相似模型后,依據(jù)建造的模型進(jìn)行?；瘜?shí)驗(yàn)研究,對(duì)粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)(PIV)[6-7]輸出的圖形進(jìn)行定量分析,并結(jié)合Fluent軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比分析了兩者結(jié)果。

1 ?；瘜?shí)驗(yàn)理論的建立

鹽巖水溶造腔的過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的流體動(dòng)力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程[8]，因此要對(duì)實(shí)物進(jìn)行簡(jiǎn)化。由于鹽巖溶蝕的時(shí)間比較長(zhǎng),通過(guò)模型獲取的流場(chǎng)狀態(tài)相當(dāng)于原型鹽巖溶蝕腔體的一瞬間,所以忽略邊界溶蝕反應(yīng),忽略溫度差的影響,認(rèn)為恒溫腔體；把鹽巖水溶造腔簡(jiǎn)化為溶質(zhì)在溶劑的流動(dòng)體系中的輸運(yùn)過(guò)程,最后將流體的運(yùn)動(dòng)視為黏性不可壓縮流體的穩(wěn)定等溫運(yùn)動(dòng)。

無(wú)論采用何種相似準(zhǔn)則,長(zhǎng)度比尺的選擇是最基本的,這里取幾何比尺為

(1)

式中：lp為原型長(zhǎng)度；lm為模型長(zhǎng)度。

運(yùn)用?；碚撝R(shí)[9]推導(dǎo)模型應(yīng)滿足相似準(zhǔn)則,得出

Eu=f(Re) .

(2)

式中：Eu為歐拉數(shù)；Re為雷諾數(shù)。

相似模型應(yīng)該依據(jù)歐拉準(zhǔn)則建立,由式(2)可知，雷諾數(shù)是歐拉數(shù)的自變量,因此只需求得實(shí)物與模型雷諾數(shù)相等。若實(shí)物的雷諾數(shù)進(jìn)入自模區(qū)[10],只需兩者雷諾數(shù)的大小處于同一數(shù)量級(jí)即可達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)相似。這樣，我們就可以根據(jù)兩者雷諾數(shù)之間的關(guān)系來(lái)確定模型腔體尺寸、套管尺寸和流量大小，以及根據(jù)當(dāng)量粗糙度選擇套管材料。

2 ?；瘜?shí)驗(yàn)研究

以某一鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)為背景,已建成的腔體最大的直徑為70 m,高為140 m,將其近似為圓柱體。

2.1 相似模型的建立

依據(jù)?；瘜?shí)驗(yàn)理論建立圓柱體模型,其參數(shù)如表1所示。為降低圓柱體曲面對(duì)PIV實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的影響,在圓柱曲面外相隔2 cm處建造一個(gè)平面,圓柱體曲面與平面間可以注入與圓柱體內(nèi)相同的液體。

表1 圓柱體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及材料

為了研究模型中邊界流場(chǎng)是否受到強(qiáng)迫對(duì)流擴(kuò)散的影響與強(qiáng)弱，本實(shí)驗(yàn)采用丹麥生產(chǎn)的丹迪牌粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)(PIV)觀測(cè)與分析相似模型在實(shí)驗(yàn)條件下產(chǎn)生的流場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)材料以熒光粉作為示蹤粒子;另外由于濃度梯度變化引起擴(kuò)散作用,因此要考慮擴(kuò)散作用對(duì)邊界流體速度和運(yùn)移的影響,向模型中加入工業(yè)鹽,加鹽量為10 g/L。在進(jìn)行PIV實(shí)驗(yàn)前,對(duì)模型做了流場(chǎng)示蹤劑的實(shí)驗(yàn),目的是觀察流場(chǎng)的運(yùn)移情況,對(duì)整個(gè)腔體的流場(chǎng)有概括性了解,以方便確定PIV實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)區(qū)域。

2.3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

在工程實(shí)際中,建造鹽穴腔體初期普遍采用正循環(huán),之后采用反循環(huán)。且反循環(huán)建腔的時(shí)間占腔體建造完成時(shí)間的絕大部分,在此期間外管的長(zhǎng)度變化次數(shù)也最多。因此，實(shí)驗(yàn)中正循環(huán)采用一個(gè)外管長(zhǎng)0.8 m和兩種流量的條件,反循環(huán)采用外管長(zhǎng)0.6，0.4,0.2 m和兩個(gè)流量的條件。

1) 正循環(huán)流量選擇為400，600 L/h；中心管長(zhǎng)度0.9 m,外管長(zhǎng)度0.8 m。反循環(huán)流量選擇800，1 000 L/h兩流量下各測(cè)試3組實(shí)驗(yàn)：第一組中心管長(zhǎng)度0.9 m,外管長(zhǎng)度0.6 m；第二組中心管長(zhǎng)度0.9 m,外管長(zhǎng)度0.4 m；第三組中心管長(zhǎng)度0.9 m,外管長(zhǎng)度0.2 m。

2) 確定觀測(cè)區(qū)。實(shí)驗(yàn)前,先對(duì)該模型做示蹤劑觀測(cè)流體運(yùn)移的實(shí)驗(yàn),了解流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,以便確定PIV實(shí)驗(yàn)觀測(cè)區(qū)的位置。確定正循環(huán)條件下觀測(cè)區(qū)域選擇為圖1中的A區(qū)域；在不同組反循環(huán)條件下觀測(cè)區(qū)域選擇圖2中B，C，D區(qū)。這4個(gè)觀測(cè)區(qū)域的尺寸都是0.2 m×0.2 m,在PIV系統(tǒng)Dynamic Studio軟件中標(biāo)定相同的尺寸。

圖1 正循環(huán)觀測(cè)區(qū) 圖2 反循環(huán)觀測(cè)區(qū)

3) 在每個(gè)觀測(cè)區(qū)中選定如圖3所示9個(gè)點(diǎn),定量分析觀測(cè)區(qū)內(nèi)速度大小。在PIV系統(tǒng)軟件中顯示各觀測(cè)區(qū)流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的矢量圖,根據(jù)實(shí)驗(yàn)前標(biāo)定的尺寸確定各點(diǎn)在矢量圖中的坐標(biāo),鼠標(biāo)拾取各觀測(cè)區(qū)內(nèi)點(diǎn)的坐標(biāo)即得各觀測(cè)點(diǎn)的速度,記錄各點(diǎn)的x和y方向的速度大小,繪制各點(diǎn)合速度變化圖。

圖3 觀測(cè)區(qū)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)圖

3 模化實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)方案,得到各觀測(cè)區(qū)的流場(chǎng)矢量圖和觀測(cè)區(qū)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)的速度值。下面僅列出正循環(huán)流量400 L/h的A區(qū)流場(chǎng)分布和反循環(huán)800 L/h的B區(qū)流場(chǎng)分布的PIV測(cè)試處理圖。因?yàn)椴捎糜傻紫蛏系娜芮环?B區(qū)處于腔體底部,在建腔的任何階段，B區(qū)流體的運(yùn)移都是切實(shí)存在的。再依據(jù)各觀測(cè)區(qū)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)的速度大小,對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行定量分析。

1) 正循環(huán)條件下,水從中心管進(jìn)入,進(jìn)口區(qū)域最大流速是2.745 5 m/s。從圖4可知,淡水的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)是從中心管流出向下運(yùn)動(dòng),與鹽水混合稀釋鹽水降低其濃度。由于越往下運(yùn)動(dòng)腔內(nèi)底部鹽水濃度越高，并受到腔體底邊界的限制,受浮力作用流體轉(zhuǎn)而向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)運(yùn)動(dòng)到中心管管口區(qū)域,由于管口有源源不斷的淡水流進(jìn)腔體且中心管出水的流速最大,因此中心管管口附近壓強(qiáng)變小,這就使得向上運(yùn)動(dòng)的流體中的一小部分,向進(jìn)水口處流動(dòng),剩下的流體在有限腔體容積和腔內(nèi)不斷增大的壓強(qiáng)驅(qū)動(dòng)下,推動(dòng)其向出口處流動(dòng),最后流出腔體,形成流體運(yùn)移循環(huán),降低腔內(nèi)鹽水濃度,加快鹽巖水溶。從圖4也可看出,流場(chǎng)的循環(huán)范圍主要在0.2～0.3 m之間，而對(duì)循環(huán)范圍以外流體的擾動(dòng)影響是很小的。在600 L/h下流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)與400 L/h基本相同,流體的循環(huán)范圍和觀測(cè)點(diǎn)的速度大小相比增大些。

圖4 正循環(huán)A區(qū)流場(chǎng)矢量圖

圖5 反循環(huán)第一組B區(qū)流場(chǎng)矢量圖

圖6 第二組B區(qū)流場(chǎng)矢量圖

圖7 第三組B區(qū)流場(chǎng)矢量圖

2) 反循環(huán)條件下B區(qū)的流場(chǎng)規(guī)律如圖5-圖7所示。第一組中心管長(zhǎng)度0.9 m,外管長(zhǎng)度0.6 m,流量選擇800 L/h。水從外管與中心管之間的環(huán)口流入腔體,從中心管口流出。從圖5中可看出，靠近腔體中心軸附近的流體是向下運(yùn)動(dòng)的；腔體底邊界和側(cè)壁邊界處的流場(chǎng)有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),對(duì)這一區(qū)域整體來(lái)看沒有明顯的流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律,并且這一區(qū)域速度最大值在靠近腔體中心軸位置,速度最大值是0.003 3 m/s。這一速度相當(dāng)于流場(chǎng)在做擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),因此強(qiáng)迫對(duì)流運(yùn)動(dòng)對(duì)這一區(qū)域影響非常小,對(duì)流擴(kuò)散的最大范圍也僅在0.2～0.3 m。在第二組外管長(zhǎng)0.4 m下,從圖6中可看出，這一區(qū)域有了比較明顯的流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律,流體從靠近腔體中心軸附近區(qū)域進(jìn)入觀測(cè)區(qū),然后向下運(yùn)動(dòng),越往下鹽水的濃度越高，受到腔體邊界限制,水轉(zhuǎn)向流體入口處(流體進(jìn)入觀測(cè)區(qū)的位置)回流。在這一區(qū)域,速度最大的區(qū)域位于腔體中心軸附近,最大值為0.03 m/s；邊界附近的流體速度小于最大值,其流速受循環(huán)對(duì)流的影響也很小。在第三組外管長(zhǎng)0.2 m下,從圖7中可看出，流體速度最大值為0.72 m/s,流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律與第二組管間距流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律相近,只不過(guò)在這一組中,流體回流的范圍比第二組大；在1 000 L/h下,流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)與800 L/h基本相同,觀測(cè)點(diǎn)的速度大小相比增大。

3) 圖8所示為在圖1坐標(biāo)系下,y=0.1，x=0.25這一點(diǎn)處即觀測(cè)區(qū)內(nèi)的5號(hào)點(diǎn),速度最大；其次是8號(hào)點(diǎn),其速度為1.96 m/s；然后是2號(hào)點(diǎn),其速度為0.94 m/s。而中心管兩側(cè)流場(chǎng)中1號(hào)點(diǎn)速度最大,其為0.986 m/s,7號(hào)、8號(hào)點(diǎn)速度分別為0.183 m/s 和0.121 m/s。比較各觀測(cè)點(diǎn)速度得出，中心管管口向下的流場(chǎng)速度大于兩側(cè)的流場(chǎng)速度。因此正循環(huán)下,底部邊界受到的流體對(duì)流擴(kuò)散的影響要大于側(cè)壁邊界,從圖中也得出隨流量的增大,觀測(cè)點(diǎn)速度相應(yīng)的增大。

圖8 正循環(huán)A區(qū)觀測(cè)點(diǎn)速度圖

比較反循環(huán)3組觀測(cè)點(diǎn)速度圖可知，在圖2坐標(biāo)系下,直線x=0.05,x=0.1,x=0.15中，x=0.15上的點(diǎn)相對(duì)于另兩條直線上觀測(cè)點(diǎn)的速度稍大一些,說(shuō)明靠近腔體中心軸附近速度大。在圖9中流量800 L/h條件下，觀測(cè)區(qū)內(nèi)最大速度才為0.016 m/s,說(shuō)明在這種反循環(huán)條件下,對(duì)流擴(kuò)散對(duì)距離鹽壁0.2 m這一區(qū)域影響很小,對(duì)流擴(kuò)散對(duì)鹽壁區(qū)域影響和波及范圍最大在(如圖3)x=0.2和x=0.3之間這個(gè)區(qū)域。增大流量,各觀測(cè)區(qū)絕大部分觀測(cè)點(diǎn)的速度相比之前有所增大。提升外管后,如圖10所示,B區(qū)和C區(qū)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)速度相比之前管距位置有微弱變化(增大或減小),D區(qū)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)速度有明顯增大。依據(jù)觀測(cè)情況可知,淡水進(jìn)入腔內(nèi)向下運(yùn)動(dòng),與鹽水混合,由于腔內(nèi)下部鹽水濃度增大,受浮力作用,稀釋鹽水后的淡水轉(zhuǎn)而向上運(yùn)動(dòng),遇到鹽腔頂壁限制后沿壁運(yùn)動(dòng),使得鹽腔邊界上部區(qū)域速度有明顯增大。再次提升外管如圖11所示,C區(qū)和D區(qū)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)速度相比之前外管位置有些變化,B區(qū)觀測(cè)點(diǎn)速度有明顯增大。依據(jù)觀測(cè)情況可知,淡水進(jìn)入腔體后向下運(yùn)動(dòng),稀釋鹽水與其混合,由于此時(shí)外管口與中心管口間距為0.7 m,相比前一管口間距之間的水位差增大,浮力也增大,受到浮力作用轉(zhuǎn)而向上運(yùn)動(dòng),流體沿頂壁和側(cè)壁運(yùn)動(dòng)。由于外管已接近腔體頂部,距頂壁0.2 m,并不斷有淡水流入,因此上部產(chǎn)生很大范圍的沿壁流動(dòng),從而擾動(dòng)了鹽腔下部流體,使得下部流體速度有明顯增大。

圖9 反循環(huán)第一組觀測(cè)點(diǎn)速度圖

圖10 第二組觀測(cè)點(diǎn)速度圖

圖11 第三組觀測(cè)點(diǎn)速圖

因此,隨外管的提升,邊界區(qū)域速度有明顯增大的部位在發(fā)生變化,也就是說(shuō)隨外管的提升,對(duì)流擴(kuò)散的主要影響區(qū)域在發(fā)生變化。主要影響區(qū)域首先是中心管與外管之間區(qū)域,隨外管提升轉(zhuǎn)變?yōu)辂}腔上部區(qū)域。當(dāng)外管逐漸靠近腔頂時(shí),對(duì)流擴(kuò)散的主要影響區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)辂}腔底部。在同一管口間距下,增大流量,比較3組觀測(cè)點(diǎn)速度圖可知,隨流量的增大各觀測(cè)區(qū)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)速度絕大部分都有明顯增大。因此可得,增大管口間距(外管縮短),可以提高鹽腔邊界某一區(qū)域溶解速度；提高流量,可以加快鹽腔整體邊界區(qū)域的溶解速度。

4 數(shù)值模擬及結(jié)果分析

為了輔助與驗(yàn)證?；瘜?shí)驗(yàn)結(jié)果,數(shù)值模擬選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型,利用Fluent[11-12]軟件對(duì)模化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬。數(shù)值模擬的鹽腔尺寸和實(shí)驗(yàn)方案以及?；瘜?shí)驗(yàn)條件相同。

正循環(huán)流量400 L/h條件下如圖12所示，反循環(huán)流量800 L/h條件下第一組、第二組和第三組的數(shù)值模擬速度云圖及其側(cè)壁邊界、底邊界及中心管構(gòu)成的區(qū)域的局部放大圖分別列于圖13-圖15。

圖12 正循環(huán)數(shù)值模擬速度云圖和出口速度矢量圖

正循環(huán)條件下,數(shù)值模擬得出的中心管管口的流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)與PIV得出的近似相同。不同的是數(shù)值模擬中流場(chǎng)遇到底邊界限制后,先沿邊界流動(dòng)一段距離,然后回流；而PIV系統(tǒng)測(cè)得此處流場(chǎng)沒有明顯的沿邊界流動(dòng),但是其回流現(xiàn)象比數(shù)值模擬得出的現(xiàn)象要明顯。

反循環(huán)條件下,數(shù)值模擬得出的B觀測(cè)區(qū)與PIV得出的流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)近似相同。在反循環(huán)下第一組和第二組的流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)并不明顯,因?yàn)樗俣确浅Ｐ。欢谌MB觀測(cè)區(qū)速度變大,運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)變得明顯。相比于PIV測(cè)出的結(jié)果，第三組觀測(cè)區(qū)流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)發(fā)展更充分。從速度云圖也可以驗(yàn)證觀測(cè)點(diǎn)速度圖是符合實(shí)際的。

依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案在Fluent中設(shè)置監(jiān)控點(diǎn),待迭代收斂后記錄收斂時(shí)數(shù)值,得出多數(shù)監(jiān)控點(diǎn)的速度稍大于PIV得出的觀測(cè)點(diǎn)速度,但是隨外管的變化,各觀測(cè)區(qū)整體的速度變化趨勢(shì)與PIV得出的結(jié)果是一致的。因此?；瘜?shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與數(shù)值模擬的結(jié)果比較吻合。

圖13 反循環(huán)第一組 圖14 反循環(huán)第二組 Fig.13 The first group of Fig.14 The second group of reverse cycle reverse cycle

圖15 反循環(huán)第三組

5 結(jié)論

1) 在工程實(shí)際中，建腔初期采用正循環(huán),外管長(zhǎng)度不變時(shí),增大流量可以提高腔內(nèi)流體速度,提高建腔效率。正循環(huán)下中心管管口底部區(qū)域流體速度大于兩側(cè)流體速度,因此建腔初期底部邊界擴(kuò)展速度大于側(cè)壁邊界擴(kuò)展速度,增大流量可以提高腔體邊界擴(kuò)展速度和增大腔體邊界擴(kuò)展范圍。

2) 采用反循環(huán)建腔,固定外管高度時(shí),增大流量,可以提高腔體整個(gè)邊界區(qū)域流體的速度,從而提高建腔效率。若要提高腔體邊界某一區(qū)域流體速度,可以通過(guò)變化外管長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn),提升外管至鹽腔中部時(shí),可以提高鹽腔邊界上部區(qū)域流體速度；繼續(xù)提升外管至接近腔體頂部,可以提高腔體邊界底部區(qū)域流體的速度,從而提高鹽腔這一區(qū)域溶解效率。利用對(duì)流擴(kuò)散主要影響區(qū)域隨外管提升的變化規(guī)律，來(lái)調(diào)整鹽腔溶解形狀。了解邊界區(qū)域流體速度隨中心管口與外管口間距和不同流量的變化情況,對(duì)進(jìn)一步研究建腔過(guò)程腔內(nèi)流場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)，以及對(duì)工程實(shí)際提出高效溶腔的建腔方案具有參考價(jià)值。

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(編輯：龐富祥)

Experimental Study Using Modeling Theory on Flow Field atBoundary Region of Salt-cavern Gas Storage

LIU Huan,XU Suguo,LIANG Weiguo

(InstituteofMiningTechnology,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

In order to reveal the impact of convection diffusion in the circulating fluid between the central and intermediate tube on the flow velocity on salt cavity wall region during establishment of salt-cavern gas storage,analogous model was established by applying the similarity simulation principle,and flow field near the boundary was tested and numericaly simulated by using the particle image velocimetry system (PIV) and the numerical simulation software of Fluent under the different conditions of building cavity.The results show that the impact on the bottom boundary flow field was stronger than that for two lateral boundaries under the positive cycle,the velocity of flow field was little influenced at 0.2 m away from wall boundary of salt cavity in this model.With the intermediate pipe ascension,the main in fluencing scope of convection diffusion was changed under the reverse cycle,and flow field velocity of boundary region was changed with the main scope of convection diffusion.Under the reverse cycle,decreasing intermediate tube length and increasing flow could increase flow velocity of boundary region,but the main influences on the scopes of boudary region were different.Several advices improving the efficiency of building cavern in the engineering practice were put forward on the basis of experimental results.The numerical simulation results were in good agreement with the result of PIV test.

salt-cavern gas storage;flow field; boundary region;PIV test; numerical simulation of Fluent

1007-9432(2015)06-0691-06

2015-04-16

國(guó)家杰出青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目：原位溶浸采礦理論與技術(shù)(51225404)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目：鈣芒硝礦原位溶浸開采的溶解-傳質(zhì)-滲透耦合作用機(jī)理研究(50804033)

劉歡(1989-)，男，黑龍江伊春人，碩士生，主要從事地下鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)建造方法及試驗(yàn)研究，(E-mail)lh_advance@126.com，(Tel)15525455643

徐素國(guó)，男，講師，主要從事地下鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)建造研究，(E-mail)452234949@qq.com

TE822；TD871.1

A

10.16355/j.cnki.issn1007-9432tyut.2015.06.011