Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2022
Идентификатор DOI: 10.17122/ngdelo-2022-6-228-239
Ключевые слова: cavitation, cavitator, Venturi tube, plugging, CFD modeling, кавитация, кавитатор, трубка Вентури, пробкообразование, CFD-моделирование
Аннотация: На сегодняшний день в добыче и транспортировке нефти и нефтепродуктов одной из наиболее значимых проблем является связанная с пробкообразованием облитерация поперечных сечений в таких габаритно-ограниченных гидравлических каналах (ГОГК), как трубопроводы, скважины, проходные сечения оборудования и устройств, и др. Рассматриваются оПоказать полностьюсновные осложнения, возникающие при появлении пробки др. загрязнений в ГОГК. Настоящее исследование посвящено совершенствованию техники повышения эффективности борьбы с пробкообразованием. Анализируется кавитационный метод как одна из перспективных технологий гидродинамического воздействия для предотвращения выпадения и удаления уже образовавшихся пробок и др. загрязнений. Текущий уровень техники представляет эффективные динамические кавитаторы. Однако большое количество движущихся частей и/или существенное перекрытие проходного сечения ограничивают возможности их применения для ГОГК. Известны кавитационные явления, возникающие в статическом кавитаторе - трубке Вентури. Однако для их возникновения требуется существенное перекрытие проходного сечения ГОГК - горловины трубки, а также ограничены возможности для управления кавитационными явлениями. С целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей кавитаторов для ГОГК авторами предложено устройство на основе трубки Вентури, отличительной особенностью которого является наличие винтового рельефа поверхности на внутренней стенке горловины. С помощью выбора геометрических параметров винтового рельефа поверхности появляется возможность управления кавитацией, а также возможно добиться возникновения кавитации при существенно меньшем перекрытии диаметра проходного сечения. Методика исследований основана на CFD-моделировании в программном комплексе ANSYS СFX на базе численной модели турбулентности k-ε. В данной работе рассматривалось влияние отношения диаметра D винтовой поверхности к длине горловины L на возникновение кавитационных явлений. Анализировались значения среднего содержания газовой фракции и длины кавитационного облака. Данные сравнивались с трубкой без рельефа поверхности. Результаты гидродинамического моделирования показывают, что при уменьшении отношения D/L наблюдается увеличение длины кавитационного облака и среднего содержания газовой фракции как без винтового рельефа поверхности, так и с ней. При наименьшем рассматриваемом отношении D/L=0,75 ее наличие позволяет добиться увеличения максимального значения среднего содержания газовой фракции на 10 % и увеличения длины кавитационного облака до 58 %. Полученные результаты показывают перспективность использования статического кавитатора в ГОГК. Oday, in the production and transportation of oil and oil products, one of the most significant problems is the obliteration associated with the formation of plugs, cross-sections in such dimensionally limited hydraulic channels (DLHC) as pipelines, wells, flow sections of equipment and devices, etc. the main problematic consequences arising from the appearance of traffic jams and other contaminants in DLHC. The present study is devoted to the improvement of techniques to increase the effectiveness of the fight against plugging. The cavitation method is analyzed as one of the promising technologies for hydrodynamic action to prevent the fallout and remove already formed plugs and other contaminants. The current state of the art is efficient dynamic cavitators. However, a large number of moving parts and/or a significant overlap of the flow section limit their application for DLHC. Cavitation phenomena are known that occur in a static cavitator - a Venturi tube. However, their occurrence also requires a significant overlap of the flow section of the DLHC - the neck of the tube, and the possibilities for controlling cavitation phenomena are also limited. In order to increase the reliability and expand the functionality of cavitators for DLHC, the authors proposed a device based on a Venturi tube, the distinguishing feature of which is the presence of a helical surface relief on the inner wall of the neck. By choosing the geometrical parameters of the helical surface relief, it becomes possible to control cavitation, and it is also possible to achieve cavitation with a significantly smaller overlap of the flow section diameter. The research methodology is based on CFD modeling in the ANSYS CFX software package based on the k-ε turbulence numerical model. In this paper, we considered the influence of the ratio of the diameter D of the helical surface to the length of the neck L on the occurrence of cavitation phenomena. The values of the average content of the gas fraction and the length of the cavitation cloud were analyzed. The data were compared with a tube without surface relief. The results of hydrodynamic modeling show that with a decrease in the D/L ratio, an increase in the length of the cavitation cloud and the average content of the gas fraction is observed both without and with a helical surface relief. With the lowest considered ratio D/L=0.75, its presence makes it possible to achieve an increase in the average content of the gas fraction by 10 % and an increase in the length of the cavitation cloud up to 58 %. The results obtained show the promise of using a static cavitator in DLHC.
Журнал: Нефтегазовое дело
Выпуск журнала: Т.20, №6
Номера страниц: 228-239
ISSN журнала: 20730128
Место издания: Уфа
Издатель: Уфимский государственный нефтяной технический университет