大型储罐机械清洗系统研究及清洗喷头设计

摘要

我国石油储罐规模朝大型化方向发展，储罐机械清洗越来越受到各方的重视。储罐清洗已经发展成为一种需要高技术、完整系统的工业过程。各类石油储罐由于长期储存，会产生一定高度的油泥厚度，油泥必须进行清洗，但是人工清洗的方法受到很多方面的限制，油泥中的原油无法得到有效回收，为此，本文对一种机械清洗方法进行研究，并对其清洗喷头进行了优化与改进，使其能够提高射流对于储罐油泥的综合打击力，提升清洗效率。 本文第一部分对现行储罐清洗喷头进行优化设计，利用Fluent软件对喷头内外部流场进行仿真模拟计算，通过改变喷头出口直径比、收缩角度以及中心体伸入距离等结构参数，对不同结构喷头的轴心速度、轴心压力、截面速度、截面压力等水力参数进行对比研究。最终得到最优的喷头结构组合，直径比D1/D2=0.7，收缩角度θ=10°，中心体伸入距离L1=10mm。得到模拟时的最优喷头，并通过实验对比研究，证明其各个方面的优越性，最终得到的喷头结构，满足大型储罐机械清洗对射流长距离保持打击力的要求。 第二部分对得到的最有优喷头进行结构改进，在其中心体内部，开通空气流道，增加空气与液体的混合程度，使其产生大量气泡，这些气泡破裂会产生较大的打击能量，能够提升射流的打击力。通过仿真模拟研究表明，最佳流道数量为三条，这样可以得到最稳定的轴线动压能，最大的打击力，提高清洗效果。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 储罐清洗系统及清洗喷头研究概况

1．2．1 COWS清洗系统的概述

1．2．2 储罐清洗喷头研究概述

1．2．3 射流理论概况

1．3 本文研究的主要内容

第二章 储罐清洗喷头内外流场数值模拟

2．1 物理模型的建立及网格的划分

2．2 数学模型

2．2．1 控制方程

2．2．2 标准κ-ε湍流方程

2．2．3 湍流相关参数的确定

2．3 边界条件与求解方法

2．3．1 边界条件

2．3．2 求解方法的选择

2．4 小结

第三章 储罐清洗喷头数值模拟结果与分析

3．1 喷头内外流场的模拟结果与分析

3．1．1 非稳态射流过程

3．1．2 射流速度场分析

3．1．3 射流压力场分析

3．2 喷头结构参数对射流的影响

3．2．1 喷头出口直径比对射流的影响

3．2．2 喷头中心体收缩角度对射流的影响

3．2．3 喷头中心体伸入距离对射流的影响

3．2．4 喷头组合参数优选

3．3 喷头水力参数对射流的影响

3．3．1 入口流量对射流的影响

3．3．2 靶距对射流的影响

3．4 小结

第四章 储罐清洗喷头射流实验研究

4．1 实验目的

4．2 实验装置及实验准备

4．2．1 实验装置

4．2．2 实验方案

4．2．3 实验结果分析

第五章 储罐清洗喷头改进研究

5．1 改进喷头计算模型建立

5．1．1 改进喷头的物理模型

5．1．2 喷头流场的网络建模及边界条件设置

5．2 改进喷头流场仿真结果与分析

5．2．1 射流场仿真结果分析

5．2．2 流道位置对射流的影响

5．2．3 流道数量对射流的影响

5．2．4 空气入口速度对射流的影响

5．3 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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