汽油罐內(nèi)收發(fā)油流動(dòng)模擬研究

王 藝，劉 洋，黃慧杰

(中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

我國(guó)是能源進(jìn)口與消費(fèi)大國(guó)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于汽油的需求也日益增加.表1列出了近年來(lái)我國(guó)汽油消費(fèi)總量的詳細(xì)數(shù)據(jù)[1].因此，用于存儲(chǔ)汽油的內(nèi)浮頂罐的建設(shè)也加快了步伐.在實(shí)際的生產(chǎn)與儲(chǔ)存過(guò)程中，對(duì)于汽油這種質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的油品來(lái)說(shuō)，盡可能地保證其收發(fā)油前后的品質(zhì)不變是一直以來(lái)備受油庫(kù)等企業(yè)關(guān)注的問(wèn)題.除了最主要的成分烷烴以外，汽油還含有極少量的硫、水、鉛、多環(huán)芳烴、膠質(zhì)等.這些物質(zhì)一旦進(jìn)入儲(chǔ)罐后會(huì)在重力作用下逐漸沉積，因此長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存的油罐內(nèi)可能導(dǎo)致局部汽油某一指標(biāo)超標(biāo)，甚至可能形成“死油區(qū)”.因此，保證汽油在罐內(nèi)的均勻性，監(jiān)測(cè)其在罐內(nèi)的流動(dòng)對(duì)改善收發(fā)油工藝以及控制汽油質(zhì)量具有重要意義.

表1 國(guó)內(nèi)汽油消費(fèi)總量

目前，油庫(kù)對(duì)于儲(chǔ)罐內(nèi)油品的監(jiān)控是從量油孔下放儲(chǔ)罐采樣器進(jìn)行采樣化驗(yàn).量油孔的位置是固定不變的.沿著罐壁高度的方向，量油導(dǎo)向管的壁面開(kāi)有小孔以便能夠流入油品而不只是從管底部進(jìn)油[2].然而，這種設(shè)計(jì)并不能有針對(duì)性地對(duì)儲(chǔ)罐中某一點(diǎn)位置的油品進(jìn)行取樣，所以采出的樣品具有一定的局限性.由于現(xiàn)階段探測(cè)大型罐內(nèi)沉積的方法有限，用數(shù)值模擬的方法來(lái)獲得汽油裝卸時(shí)的流場(chǎng)特性，進(jìn)而預(yù)測(cè)可能形成的“死油區(qū)”具有成本較低、易于實(shí)現(xiàn)等現(xiàn)實(shí)意義.相關(guān)研究歸納如下.

Hassanvand等[3]利用VOF模型深入探究了臥式油罐噴射裝油的規(guī)律，考察了不同的溫度、裝油速度等操作對(duì)汽油損耗蒸發(fā)的速率和質(zhì)量的影響規(guī)律.蒸發(fā)速率由界面處的源項(xiàng)確定，確定了加載速度、溫度和初始蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)汽油損失的影響.Dakhel和Rahimi[4]用CFD的方法模擬兩種混合原油均質(zhì)化，預(yù)測(cè)了從19 000 m3浮頂儲(chǔ)罐中的不同高度獲得的兩層原油的均質(zhì)時(shí)間.模擬結(jié)果可以預(yù)測(cè)3D區(qū)域中的速度、壓力、湍流強(qiáng)度場(chǎng)和其它特征，可以監(jiān)視罐中兩種類型原油的不穩(wěn)定分布.雖然此篇論文是模擬原油均質(zhì)化，但對(duì)汽油流場(chǎng)模型的建立具有借鑒意義.Nagashima等[5]的研究也為設(shè)計(jì)一個(gè)浮頂罐數(shù)值模型提供了指導(dǎo).黃維秋等[6]基于VOF模型、擴(kuò)散傳質(zhì)模型和RNG k-ε湍流模型，對(duì)汽油噴濺式裝油損耗進(jìn)行數(shù)值模擬研究并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，探究了在不同的裝油高度、速度和初始濃度下汽油在拱頂罐內(nèi)的油品蒸發(fā)擴(kuò)散規(guī)律，為油罐收油損耗評(píng)估提供重要參考.另外，為了驗(yàn)證大型罐具有相似的規(guī)律，建立了一個(gè)大型固定頂罐(直徑2 370 cm、罐高1 270 cm、油罐總高1 530 cm、裝油口直徑20 cm、裝油口距罐底40 cm、罐頂通氣孔直徑25 cm)，計(jì)算結(jié)果說(shuō)明了此數(shù)值模擬方法同樣適合于大型罐.趙晨露等[7]基于單相擴(kuò)散傳質(zhì)模型和RNG k-ε湍流模型，采用UDF建立油氣擴(kuò)散模型，分析了通氣孔分別位于罐壁和罐頂時(shí)罐內(nèi)的油氣擴(kuò)散機(jī)理，給出了二維內(nèi)浮頂罐的計(jì)算模型，但是二維結(jié)構(gòu)的模型對(duì)于組分動(dòng)態(tài)分布的顯示沒(méi)有充分的細(xì)節(jié)，很難展現(xiàn)真實(shí)情況下的流場(chǎng)分布.李福雙[8]利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法，得到了浮頂罐內(nèi)的溫度場(chǎng)，研究了大型浮頂罐內(nèi)長(zhǎng)期儲(chǔ)存原油沉降分層的規(guī)律，并提供了具體的建議.張琰等[9]研究了大型浮頂罐內(nèi)原油與環(huán)境發(fā)生熱交換而產(chǎn)生的低瑞利數(shù)的湍流熱運(yùn)動(dòng)，探究了罐內(nèi)流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.

國(guó)內(nèi)對(duì)于汽油罐內(nèi)的蒸發(fā)損耗研究較多，上述研究大都針對(duì)汽油罐內(nèi)的蒸發(fā)損耗和油氣排放規(guī)律，并未涉及收發(fā)油工藝對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)流場(chǎng)特性的影響.本文主要從儲(chǔ)罐收發(fā)油過(guò)程入手，依據(jù)計(jì)算流體力學(xué)理論，采用FLUENT軟件，建立儲(chǔ)罐網(wǎng)格模型并采用Coupled算法求解，模擬汽油裝卸過(guò)程的流場(chǎng)特性，從而探討在儲(chǔ)罐收發(fā)汽油時(shí)流場(chǎng)特性對(duì)于汽油儲(chǔ)存質(zhì)量的影響并提出相應(yīng)的防控對(duì)策，為有效控制儲(chǔ)罐內(nèi)汽油的品質(zhì)提供借鑒.

1 罐內(nèi)流場(chǎng)模型

內(nèi)浮頂罐裝油流動(dòng)過(guò)程的模型分為兩部分.一部分是數(shù)學(xué)模型，主要描述油品流動(dòng)過(guò)程，利用基本控制方程和湍流方程進(jìn)行求解.另一部分則是物理模型，建立三維流體域的網(wǎng)格模型，將流體域離散成適當(dāng)尺寸的網(wǎng)格且保證網(wǎng)格質(zhì)量.數(shù)學(xué)模型和物理模型至關(guān)重要，直接影響計(jì)算結(jié)果的正確性.因此，本部分詳細(xì)介紹儲(chǔ)罐收發(fā)油的數(shù)學(xué)物理模型.

1.1 數(shù)學(xué)模型

1.1.1 基本控制方程

質(zhì)量守恒方程：

(1)

(2)

動(dòng)量守恒：

(3)

1.1.2 湍流模型

油罐收發(fā)油過(guò)程中流體質(zhì)點(diǎn)伴隨有沖擊、混合，呈現(xiàn)非穩(wěn)定的流動(dòng).為保證計(jì)算結(jié)果的可靠性，需要選擇合適的湍流模型.采用Realizablek-ε模型能夠節(jié)省計(jì)算時(shí)間且滿足精度要求，該模型簡(jiǎn)單、計(jì)算穩(wěn)定性好、計(jì)算效率高而廣泛被應(yīng)用于各種湍流模擬中[10].Realizablek-ε雙方程模型的湍動(dòng)能k及耗散率ε輸運(yùn)方程為

(4)

(5)

1.2 物理模型

為了模擬大型內(nèi)浮頂罐收發(fā)油流場(chǎng)，首先必須建立一個(gè)與真實(shí)內(nèi)浮頂罐相符的物理模型.表2列出了石油行業(yè)不同容積大小的內(nèi)浮頂罐的尺寸[11].選用其中較大的20 000 m3內(nèi)浮頂罐(罐高15.5 m、內(nèi)徑40.5 m)，用ICEM軟件建立三維物理模型，并設(shè)置進(jìn)出口直徑為0.5 m，進(jìn)出口中心線離罐底高度為0.75 m.實(shí)際計(jì)算時(shí)為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，將物理模型尺寸縮小到原來(lái)的1/10.

表2 內(nèi)浮頂罐結(jié)構(gòu)尺寸

1.2.1 模型假設(shè)

由于本文重點(diǎn)是模擬汽油罐內(nèi)收發(fā)油流場(chǎng)，對(duì)模型作了如下假設(shè)：

(1)不考慮儲(chǔ)罐的變形：只需建立罐內(nèi)流場(chǎng)計(jì)算域；

(2)收發(fā)油速度保持恒定：一般儲(chǔ)罐進(jìn)出口流速控制在1.0 m/s～2.0 m/s左右，取兩個(gè)恒定流速1.5 m/s和2.0 m/s為代表；

(3)忽略浮頂罐浮盤(pán)與油面之間的空隙：實(shí)際上浮盤(pán)環(huán)形空間區(qū)域和油面之間的空隙相對(duì)于大罐來(lái)說(shuō)非常小，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可忽略；

(4)不考慮溫度變化對(duì)汽油流場(chǎng)造成的影響.由于本文主要研究汽油流場(chǎng)分布，且溫度變化對(duì)汽油影響較小，因此不考慮傳熱；

(5)不考慮汽油的揮發(fā)，始終作為單相流處理；

(6)油罐中浮盤(pán)初始高度為1.5 m，浮盤(pán)以下充滿汽油.

1.2.2 幾何模型

油罐幾何模型如圖1所示，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格.模型由拱頂、罐壁、進(jìn)出口以及浮盤(pán)組成.浮盤(pán)隨著收油過(guò)程汽油的充裝上升至罐高一半處便不再上升、停止收油；隨著發(fā)油過(guò)程汽油的泄流下降至發(fā)油孔處不再下降、停止發(fā)油.因此，計(jì)算過(guò)程中計(jì)算區(qū)域是隨著浮盤(pán)的運(yùn)動(dòng)而實(shí)時(shí)變化的，需采用動(dòng)網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算.對(duì)儲(chǔ)罐壁面和進(jìn)出口位置處的網(wǎng)格進(jìn)行局部加密以適應(yīng)壁面附近出現(xiàn)的較高速度梯度，如圖2所示.初始網(wǎng)格的總數(shù)量在15萬(wàn)左右，隨著浮盤(pán)邊界的上升，數(shù)量還會(huì)逐漸增加.網(wǎng)格的總體質(zhì)量如圖3所示，介于0.34到1之間，表明網(wǎng)格質(zhì)量良好[14].

圖1 內(nèi)浮頂罐網(wǎng)格圖2 進(jìn)出口網(wǎng)格邊界層網(wǎng)格加密

圖3 網(wǎng)格質(zhì)量

浮盤(pán)的運(yùn)動(dòng)由FLUENT中的動(dòng)網(wǎng)格模型進(jìn)行定義.選用其中的層鋪法根據(jù)運(yùn)動(dòng)邊界的移動(dòng)來(lái)合并和分裂網(wǎng)格[12]，其參數(shù)設(shè)置為：理論網(wǎng)格高度0.05 m、合并因子0.2、分裂因子0.4.浮頂運(yùn)動(dòng)時(shí)的網(wǎng)格變化，如圖4所示.

圖4 浮盤(pán)運(yùn)動(dòng)

2 罐內(nèi)流場(chǎng)數(shù)值模擬

2.1 求解方法

本文采用的求解算法是耦合解法Coupled，其求解過(guò)程如下：

(1) 假定初始?jí)毫退俣鹊茸兞?，確定離散方程的系數(shù)及常數(shù)項(xiàng)等；

(2)聯(lián)立求解連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程；

(3) 求解湍流方程和其他標(biāo)量方程；

(4)判斷當(dāng)前時(shí)步上的計(jì)算是否收斂.若不收斂，返回第(2)步，重新迭代計(jì)算.若收斂，重復(fù)上述步驟，計(jì)算下一時(shí)步的物理量.求解流程如圖5所示.

圖5 求解流程

壓力項(xiàng)離散格式選用PRESTO格式，適用于所有形式的網(wǎng)格，但應(yīng)用于四邊形和多面體網(wǎng)格比應(yīng)用于三角形和四面體網(wǎng)格具有更高的精度.動(dòng)量方程離散格式選用QUICK格式.湍動(dòng)能和湍流耗散率離散格式選取二階迎風(fēng)格式.時(shí)間推進(jìn)采用隱式格式.

2.2 邊界條件

FLUENT的邊界條件主要分為入口、出口、對(duì)稱面和壁面.入口邊界又細(xì)分為速度入口和壓力入口等，分別適用于不同的物理問(wèn)題.本文所采用的邊界條件如表3所示.

表3 邊界條件

對(duì)于浮盤(pán)的運(yùn)動(dòng)設(shè)置，本文采取的實(shí)現(xiàn)方式是將進(jìn)口的來(lái)油量換算成浮盤(pán)的運(yùn)動(dòng)速度.通過(guò)入口流入的體積流量來(lái)?yè)Q算浮盤(pán)上升的速度.這樣處理的好處是使模型更加簡(jiǎn)便且符合物理意義.通過(guò)profile來(lái)定義浮盤(pán)的運(yùn)動(dòng)速度.把浮盤(pán)視為剛體，不發(fā)生任何變形.與浮盤(pán)壁面鄰近的流體域和罐壁面，會(huì)因?yàn)楦”P(pán)的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生改變.所以將罐壁面設(shè)置為Deforming來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格的重新劃分.

3 結(jié)果與分析

3.1 收油流場(chǎng)模擬

本文分別對(duì)收發(fā)油速度1.0 m/s、1.5 m/s和2.0 m/s的儲(chǔ)罐工況條件進(jìn)行模擬.為了得到罐內(nèi)流動(dòng)規(guī)律，首先以1.5 m/s為例進(jìn)行分析，然后再將三個(gè)工況進(jìn)行對(duì)比分析.模擬收油流場(chǎng)時(shí)，浮盤(pán)在最低液位即罐高1/10處開(kāi)始充入汽油.當(dāng)浮盤(pán)位置達(dá)到高液位(即儲(chǔ)罐罐壁高度的1/2)時(shí)停止充油.為便于觀察，罐內(nèi)流場(chǎng)縱剖面如圖6所示.

圖6 罐內(nèi)流場(chǎng)縱剖面示意圖

在1.5 m/s的收油速度下，不同時(shí)刻的儲(chǔ)罐縱剖面速度分布和這一剖面的平均速度大小如圖7～圖9所示.可見(jiàn)罐內(nèi)流速下降很快，在距入口約0.5 m處速度整體小于1.0 m/s.儲(chǔ)罐上方油品速度總是小于儲(chǔ)罐底部，這是由于動(dòng)能的傳遞和損耗導(dǎo)致.由速度分布圖可知，隨著充裝時(shí)間的延長(zhǎng)，入口附近的油品速度下降很快，速度梯度非常大.離入口越遠(yuǎn)處速度梯度越小(集中在0 m/s～0.5 m/s).隨著油品的不斷充入，由于能量的傳遞與耗散，罐內(nèi)的速度差呈現(xiàn)減小的趨勢(shì).底部充入的油品不斷涌入上層，上下層油品的能量和質(zhì)量傳遞使得罐內(nèi)速度分布更加均勻.由此可知，油罐進(jìn)油時(shí)，罐內(nèi)存油與新充入的油品存在一個(gè)均勻混合的過(guò)程，速度越大油品混合越均勻.速度非常小的區(qū)域內(nèi)，油品逐漸沉積，其中的重組分如硫、芳烴等將會(huì)聚集在罐底，逐漸演化成“死油”.同時(shí)造成汽油品質(zhì)的降低，影響其銷售.因此，有必要找出罐內(nèi)油品速度非常小的區(qū)域并加以分析.

圖7 收油680s時(shí)的速度分布圖8 收油1680s時(shí)的速度分布

圖9 收油3330s時(shí)的速度分布圖

儲(chǔ)罐底部和與其對(duì)應(yīng)位置的渦量圖，如圖10(a)和圖10(b)所示.可以看出，罐底的流線環(huán)流位置和渦旋位置相同.可知在入口軸線兩側(cè)對(duì)稱形成了流線旋渦.汽油一開(kāi)始從進(jìn)油口充入時(shí)，由于罐內(nèi)始終存在汽油，所以會(huì)伴隨著強(qiáng)烈的沖擊、混合過(guò)程，因此在入口后的一段區(qū)域內(nèi)，流體質(zhì)點(diǎn)繞自身旋轉(zhuǎn)的速率非常大，這也就促進(jìn)了罐內(nèi)各區(qū)域油品之間的質(zhì)量和能量的交換，但是由于能量耗散很快，罐底其他部分的渦量急劇減小，這也印證了流場(chǎng)中速度在入口處與其他區(qū)域的速度梯度非常大的現(xiàn)象.旋渦中心流體速度很小以致接近于0 m/s.這是因?yàn)樵诟”P(pán)處于低液位開(kāi)始充油時(shí)，隨著汽油的不斷充入，油品流動(dòng)到對(duì)側(cè)罐壁后分為兩部分，一部分油品頂著浮盤(pán)向上運(yùn)動(dòng)，一部分則達(dá)到對(duì)側(cè)罐壁后沿著罐壁向入口方向流動(dòng)，與之后充裝的油品相匯，從而在入口兩側(cè)對(duì)稱的形成兩個(gè)旋渦，兩側(cè)旋渦中心的坐標(biāo)(x，z)如圖10所示.

圖10 罐底面流場(chǎng)

3.2 不同工況條件下的對(duì)比分析

在上節(jié)分析的基礎(chǔ)上，本節(jié)探究不同的收油速度對(duì)儲(chǔ)罐低速區(qū)的影響，為確定合適的收油工藝提供參考數(shù)據(jù).3個(gè)相同浮盤(pán)高度下收油流場(chǎng)的對(duì)比，如圖11～圖13所示.可知旋渦伴隨著油品的充入一直比較規(guī)律地存在于入口中軸線兩側(cè)，而浮盤(pán)下面的旋渦會(huì)隨著浮盤(pán)的運(yùn)動(dòng)逐漸擴(kuò)大直至消失.

圖11 浮盤(pán)處于罐高1/5處

圖13 浮盤(pán)高度處于罐高的1/2處

浮盤(pán)處于低液位(罐高1/5處)的情況.收油速度越大，罐內(nèi)的流線越密，表明對(duì)存油擾動(dòng)越大，如圖11所示.浮盤(pán)處于中液位(罐高1/3處)的情況.明顯看出較上一階段，罐內(nèi)的速度隨著收油速度增大而減小，如圖12所示.且速度梯度也變小.油品速度較高的位置在入口中軸線以及四周罐壁區(qū)域.是浮盤(pán)處于高液位(罐高1/2處)的情況，如圖13所示.不同速度條件下的收油流場(chǎng)基本相似.收油速度越大，流場(chǎng)的整體速度越大，越有利于油品之間的摻混，進(jìn)而越不容易存在沉積等問(wèn)題.

由前面的分析可知，罐底油品速度非常小的區(qū)域最有可能發(fā)生油品沉積進(jìn)而形成“死油區(qū)”.那么對(duì)于不同的收油速度下，這些區(qū)域的大小可以如圖14所示.收油速度從1.0 m/s到1.5 m/s，再到2.0 m/s，其罐底速度小于0.01 m/s的區(qū)域呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì).收油速度越大，這種低速區(qū)越小，也就表明油品越不容易發(fā)生沉積.這符合實(shí)際情況，因?yàn)槭沼退俣仍酱?，由于能量的傳遞，罐內(nèi)油品的速度也會(huì)相應(yīng)的提高.

圖14 罐底速度分布

收油速度從1.0 m/s到1.5 m/s，再到2.0 m/s，其罐底速度小于0.01 m/s的區(qū)域呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì).收油速度越大，速度小于0.01 m/s的區(qū)域越小(圖中以1.0 m/s、1.5 m/s和2.0 m/s時(shí)的收油時(shí)罐底小于0.01 m/s的區(qū)域面積占底面總面積比例分別為37.2%、16.7%和9.4%)，也就表明油品越不容易發(fā)生沉積.這符合實(shí)際情況，因?yàn)槭沼退俣仍酱?，由于能量的傳遞，罐內(nèi)油品的速度也會(huì)相應(yīng)的提高.然而，在實(shí)際過(guò)程中，并不是收發(fā)油速度越大越好，因?yàn)榭紤]到汽油具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，激烈碰撞和擾動(dòng)都會(huì)使汽油的損耗增大.因此，選擇較為合適的收發(fā)油速度對(duì)汽油的收發(fā)很重要.

3.3 避免“死油區(qū)”形成的措施

為了有效避免上述罐底低速區(qū)的油品沉積，本文在罐底的進(jìn)油管上設(shè)置了多個(gè)擴(kuò)散孔，通過(guò)數(shù)值模擬探討擴(kuò)散孔的防沉積作用.帶擴(kuò)散管的儲(chǔ)罐幾何模型局部結(jié)構(gòu)如圖15所示.儲(chǔ)罐尺寸與原模型的尺寸相同，不同的是底部進(jìn)油管線伸入罐中，且擴(kuò)散管兩側(cè)帶有出油孔，其作用是將充入的汽油均勻地向罐底各個(gè)方向流動(dòng)，一方面能夠?qū)σ研纬傻某练e油起到一定的沖擊作用，讓沉積油再均勻地與罐內(nèi)油品充分混合.另一方面能夠抑制罐底低速區(qū)的形成，讓底部各個(gè)區(qū)域的速度和脈動(dòng)強(qiáng)度維持在一定的大小.

擴(kuò)散管上的小孔加大了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分的難度.擴(kuò)散孔的直徑是30 mm，擴(kuò)散管的直徑是50 mm，其長(zhǎng)度接近罐底半徑.為使網(wǎng)格單元大小能夠捕捉擴(kuò)散孔的幾何特征，需盡可能的增大擴(kuò)散孔周圍的網(wǎng)格密度，因此在這種情況下又進(jìn)一步地增大了擴(kuò)散管周圍局部網(wǎng)格的密度.劃分的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格如圖16所示.

圖15 擴(kuò)散管幾何模型及其在儲(chǔ)罐中的位置圖16 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格的總體質(zhì)量在0.5以上，網(wǎng)格的總體數(shù)量在19萬(wàn)左右.充油300s時(shí)的罐底速度分布如圖17所示，擴(kuò)散管兩側(cè)擴(kuò)散孔能起到一定的擴(kuò)散作用，其擴(kuò)散作用取決于孔的位置和油品充入的速率.油品流向各個(gè)方向，一定程度上減小了罐內(nèi)的速度梯度，促進(jìn)了油品的摻混.另外，綜合前面的分析，當(dāng)只有在一個(gè)方向進(jìn)油時(shí)，油品到進(jìn)油孔對(duì)側(cè)壁面后會(huì)有向上涌的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)越強(qiáng)烈，對(duì)浮盤(pán)的沖擊作用力也就越大，所以從這一方面考慮，擴(kuò)散管對(duì)防止浮盤(pán)傾覆(尤其是對(duì)淺盤(pán)式浮盤(pán))有利.從速度分布結(jié)果可見(jiàn)，擴(kuò)散管越長(zhǎng)、管壁兩側(cè)的擴(kuò)散孔分布均勻且數(shù)量越多，越有利于油品在罐內(nèi)的均勻混合.

圖17 罐底速度分布

4 結(jié) 論

本文應(yīng)用FLUENT數(shù)值模擬了汽油罐內(nèi)收發(fā)油的流場(chǎng)，運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格移動(dòng)邊界技術(shù)模擬了浮盤(pán)的運(yùn)動(dòng).研究了不同收發(fā)油速度下的罐內(nèi)收發(fā)油流場(chǎng)的分布規(guī)律，通過(guò)速度場(chǎng)預(yù)測(cè)可能發(fā)生油品沉積的位置，并提出了避免沉積油形成“死油區(qū)”的建議和措施，說(shuō)明了擴(kuò)散管在儲(chǔ)罐內(nèi)使油品均勻分布的影響和作用.主要結(jié)論如下：

(1)隨著汽油的不斷充裝，由于流體間能量和質(zhì)量的交換，汽油剛開(kāi)始在入口附近速度下降很快，速度梯度很大，往后速度梯度逐漸變小.罐底低速區(qū)隨著充裝速度的增大而減小.

(2)在浮盤(pán)處于低液位開(kāi)始充油時(shí)，隨著汽油的不斷充入，油品流動(dòng)到對(duì)側(cè)罐壁后分為兩部分，一部分油品頂著浮盤(pán)向上運(yùn)動(dòng)，一部分則達(dá)到對(duì)側(cè)罐壁后沿著罐壁向入口方向流動(dòng)，與之后充裝的油品相匯，從而在入口兩側(cè)對(duì)稱地形成兩個(gè)旋渦.

(3)向上運(yùn)動(dòng)的油流經(jīng)浮盤(pán)的阻擋后，也向著入口方向流動(dòng)，而與不斷充入的流體相匯后形成旋渦，旋渦不斷向入口推移.

(4) 在儲(chǔ)罐的進(jìn)油管道上設(shè)置多個(gè)擴(kuò)散孔，讓進(jìn)油時(shí)油品在各個(gè)方向都有一定的速度，可以在罐底均勻混合進(jìn)油，從而有效抑制沉積油的形成.可以適當(dāng)增大擴(kuò)散管的長(zhǎng)度，讓進(jìn)油時(shí)的擴(kuò)散區(qū)域更大.