CFD-моделирование характеристик парового эжектора для разогрева нефти и нефтепродуктов в ANSYS

Настоящая работа нацелена на разработку компьютерной модели парового эжектора для разогрева нефти, откачки нефтепродуктов и выполнения других ключевых функций в нефтегазовой отрасли. Использован программный продукт ANSYS Fluent. Процедура достижения данной цели включает в себя: алгоритм адаптации расчетной сетки, выбор модели турбулентности, определение оптимальных настроек решателя Fluent, оценка точности результатов. По итогам выполненных расчетов проведена верификация модели с использованием экспериментальных данных, а также исследование зависимости основных параметров его работы. Статья включает описание рекомендуемых настроек решателя Fluent для инженерных расчетов струйных аппаратов.
Материалы и методы
Построение геометрии выполнено в системе автоматизированного проектирования Autodesk AutoCAD. Расчет произведен в программном продукте Ansys Fluent.
Итоги
Приведена компьютерная модель парового эжектора для разогрева нефти, откачки нефтепродуктов и др. Общая погрешность результатов рабочего режима для давления составила 2,2%, для температуры - 1,6%. Для других расчетных режимов погрешности также не превышали 2-3% для давления и температуры. Предложено описание рекомендуемых настроек решателя Fluent для инженерных расчетов струйных аппаратов. Полученные результаты согласуются с теоретическими и экспериментальными данными в пределах отклонений около 2-4% и изложены в виде линий тока, контуров, графиков и таблицы. Установлены расчетные режимы эжектора для заданных параметров его работы.
Выводы
Показанные выше примеры и результаты иллюстрируют, что современные численные методы решения задач вычислительной гидродинамики позволяют максимально полно воспроизводить физический эксперимент с минимальными погрешностями, не превышающими нескольких процентов. Таким образом, необходимость проведения затратных как по времени, так и по финансам физических экспериментов, связанных с определением режимов работы пароструйных эжекторов для разогрева нефтепродуктов различного состава и с различной температурой, существенно снижается. На первый план может выходить численный компьютерный эксперимент. Однако без достоверных результатов физических экспериментов и их сопоставления с результатами моделирования невозможно говорить об адекватности разработанных моделей. Для профиля скорости истечения из сопла в свободное пространство наблюдается ромбовидный скачок уплотнения, характерный для всех процессов истечения с числом Маха больше единицы (M > 1). Рабочий поток пара с высоким давлением (1,317 МПа) в процессе истечения из сопла инжектирует поток пара с низким давлением (0,147 МПа), в результате чего на выходе образуется пар с давлением 0,414 МПа.