一种减阻剂减阻效果评价与预测模型的建立方法技术

本发明专利技术公开了一种减阻剂减阻效果评价与预测模型的建立方法，属于油品管道运输技术领域。本发明专利技术加剂后摩阻系数表达式为

A method of evaluation and prediction model for drag reduction effect of drag reducer

【技术实现步骤摘要】
一种减阻剂减阻效果评价与预测模型的建立方法
本专利技术涉及油品管道运输
，具体涉及一种减阻剂减阻效果评价与预测模型的建立方法。
技术介绍
油品管道输送中添加减阻剂可以明显降低管路系统摩阻、提高管道输送能力，使得管输系统的能耗降低，减少泵站的设置或开泵台数，优化管线的建设与运行。目前，我国绝大多数输油干线都在注剂运行。各国对减阻剂的研究也都在不断加大。虽然减阻剂已逐渐广泛应用在不同油品的管输中。然而，从目前的应用情况来看，减阻剂一直处于被动应用，即当出现问题时，用以应对眼前困难；不能在设计和运行管理中充分考虑减阻剂的作用；只能靠“试”来确定减阻效果。这主要由于对减阻的实质认识和理论研究欠缺，导致减阻剂的应用存在以下问题：1)没有可指导使用的相关依据；2)没有较为准确的减阻效果预测评价方法；3)没有可以评价减阻剂性能的预测方法。因此，本专利技术基于水力摩阻系数提出了针对高分子聚合物减阻剂的减阻效果评价与预测方法，同时建立减阻剂减阻效果预测模型，并给出了相关测试依据。以指导设计和运行管理，为减阻剂的有效应用提供量化分析方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种减阻剂减阻效果评价与预测模型的建立方法。本专利技术提供的减阻剂减阻效果评价与预测模型的建立方法，该方法具体如下：S1、建立加入减阻剂前输油管道内水力摩阻系数λ与加入减阻剂后输油管道内水力摩阻系数λDR的关系式：其中，ppm表示减阻剂浓度，λ2为湍流附加应力对摩阻系数的贡献；λ2f(ppm)为加入减阻剂后相对于加入减阻剂前输油管道内水力摩阻系数λ的减小量；S2、建立加入减阻剂前输油管道内水力摩阻系数λ、湍流附加应力对摩阻系数的贡献λ2，湍流附加应力τ2以及整个流动的剪切应力τ的关系式：S3、通过混合长度理论知湍流附加应力τ2与整个流动的剪切应力τ的关系式K1为流动特性系数，数量级10-5，通过求得；式中，u为流速；D为管道内径，l为混合长度，Re为雷诺数，无因次；S4、将式(7)，式(10)带入式(1)得加入减阻剂后输油管道内水力摩阻系数λDR表达式为S5、设加入的减阻剂浓度对湍流附加应力影响的函数关系为f(ppm)＝[1-exp(-k·ppm)]，带入公式(12)获得减阻剂减阻效果评价与预测模型：其中DR为加减阻剂后减阻率，ppm表示减阻剂浓度，k为递减率，通过现场试验数据结合待定系数法进行反算求得，k∈(0，1)。较佳地，步骤S1式(1)中加入减阻剂前输油管道内的水力摩阻系数λ通过Colebrook公式(2)求得：其中，Δ为管道当量粗糙度，D为管道内径，m，Re为雷诺数；加入减阻剂后输油管道内的水力摩阻系数λDR可表示为：较佳地，步骤S2中关系式的获得方法具体如下：由流体力学基础知，壁面剪切应力τ与压降关系如式(4)：联立式(4)与达西公式(5)，可得式(6)；其中，u为流速，m/s；r为管道半径，m；ΔP为管段压降，m；L为管道长度，m；g为重力加速度，m/s2；Re为雷诺数；由式(6)可以看出加入减阻剂后输油管道内的水力摩阻系数λ与湍流附加应力τ2存在线性关系，则λ、λ2、τ、τ2存在以下关系式中：τ为整个流动的剪切应力，Pa；τ2为湍流附加应力，Pa。较佳地，步骤S3中关系式的获得方法具体如下：由混合长度理论知湍流附加应力与总应力关系式如式(8)对式(8)进行化简变形得到式(9)混合长度l无法直接确定，且流速一定程度可以反映速度梯度大小，故令无量纲量K1可以反映出减阻情况与流动状况的关系，式(9)可表示为：较佳地，根据加入减阻剂前输油管道内水力摩阻系数表达式其中为粘性力产生的摩阻系数，为湍流附加应力产生的摩阻系数，则：将式(9)、式(10)代入式(11)，可得加入减阻剂后输油管道内水力摩阻系数λDR修正，如式(12)较佳地，由于减阻剂浓度对湍流附加应力影响的函数关系为f(ppm)＝[1-exp(-k·ppm)]，因此步骤S4中加入减阻剂后输油管道内水力摩阻系数λDR表达式如式(13)所示：式中λDR为加入减阻剂前输油管道内水力摩阻系数，无因次；λ为加入减阻剂前输油管道内水力摩阻系数，无因次；Re为雷诺数，无因次；K1为流动特性系数，数量级10-5；k为递减率，k∈(0，1)；加减阻剂后减阻率DR表达式为式(14)，同时最大减阻率DRm可由式(15)表示；通过加减阻剂后减阻率表达式(14)，对不同浓度的减阻剂所产生的减阻效果评价与预测。较佳地，对于同一种减阻剂应用于不同管线，需要进行管径的修正，修正后预测模型如下式：其中D0为进行参数确定的基础管径，D为需要进行修正的管线的管径。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于水力摩阻系数建立高分子聚合物减阻剂减阻效果评价和预测模型的建立方法，使得减阻剂的使用具有可估性，避免不必要的损失和浪费，扩展了减阻剂的应用-可以在管线运输中提前设计加剂运行方案，提高效率。本专利技术通过对减阻剂机理的分析，对减阻效果与减阻剂性能、管道流动及参数的关系总结，从水力摩阻系数的角度提出了一种新的减阻剂效果评价与预测方法，实现加剂管道减阻效果的预测及减阻效果的在线评价，同时确定最优加剂量，避免减阻剂的浪费。附图说明图1为本专利技术加剂前后流体各层作用情况；图2为本专利技术加减阻剂前后摩阻系数λ与Re关系图；具体实施方式下面结合附图1-2，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1水力摩阻系数是表征流动阻力大小的物理量。管流中注入减阻剂后，沿程摩阻和摩阻系数均会出现不同程度的减小。注入减阻剂后，分子长链与湍流流体作用，使湍流附加应力减小，湍流脉动减弱，抑制湍流旋涡的产生，沿程摩阻减小，如图1所示。为量化管流中注入某减阻剂后，摩阻系数的变化量与管道基本参数、所注入减阻剂的浓度、雷诺数Re等因素之间的关系，本专利技术建立加剂后的摩阻系数计算模型。通过减阻效果因素分析知，加减阻剂前后管道摩阻系数与雷诺数Re的关系如图2所示。黑色虚线(λ0)表示未加减阻剂时管道摩阻系数与雷诺数Re的关系，随着雷诺数增大，摩阻系数逐渐减小，当减到一定程度摩阻系数不再随雷诺数变化，或者说摩阻系数随雷诺数的变化很小。黑色实线(λDRA)表示加剂后管道摩阻系数与雷诺数Re的关系。流体管道管壁注入减阻剂后，如果流体流速较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减阻剂减阻效果评价与预测模型的建立方法，其特征在于，该方法具体如下：/nS1、建立加入减阻剂前输油管道内水力摩阻系数λ与加入减阻剂后输油管道内水力摩阻系数λ

【技术特征摘要】
1.一种减阻剂减阻效果评价与预测模型的建立方法，其特征在于，该方法具体如下：
S1、建立加入减阻剂前输油管道内水力摩阻系数λ与加入减阻剂后输油管道内水力摩阻系数λDR的关系式：



其中，ppm表示减阻剂浓度，λ2为湍流附加应力对摩阻系数的贡献；λ2f(ppm)为加入减阻剂后相对于加入减阻剂前输油管道内水力摩阻系数λ的减小量；
S2、建立加入减阻剂前输油管道内水力摩阻系数λ、湍流附加应力对摩阻系数的贡献λ2，湍流附加应力τ2以及整个流动的剪切应力τ的关系式：



S3、通过混合长度理论知湍流附加应力τ2与整个流动的剪切应力τ的关系式
K1为流动特性系数，数量级10-5，通过求得；
式中，u为流速；D为管道内径，l为混合长度，Re为雷诺数，无因次；
S4、将式(7)，式(10)带入式(1)得加入减阻剂后输油管道内水力摩阻系数λDR表达式为
S5、设加入的减阻剂浓度对湍流附加应力影响的函数关系为f(ppm)＝[1-exp(-k·ppm)]，带入公式(12)获得减阻剂减阻效果评价与预测模型：



其中DR为加减阻剂后减阻率，ppm表示减阻剂浓度，k为递减率，通过现场试验数据结合待定系数法进行反算求得，k∈(0，1)。


2.如权利要求1所述的减阻剂减阻效果评价与预测模型的建立方法，其特征在于，所述步骤S1式(1)中加入减阻剂前输油管道内的水力摩阻系数λ通过Colebrook公式(2)求得：



其中，Δ为管道当量粗糙度，D为管道内径，m，Re为雷诺数；
加入减阻剂后输油管道内的水力摩阻系数λDR可表示为：





3.如权利要求1所述的减阻剂减阻效果评价与预测模型的建立方法，其特征在于，所述步骤S2中关系式的获得方法具体如下：
由流体力学基础知，壁面剪切应力τ与压降关系如式(4)：



联立式(4)与达西公式(5)，可得式(6)；






其中，u为流速，m/s；r为管道半径，m；ΔP为管段压降，m；L为管道长度，m；g为重力加速度，m/s2；Re为雷诺数；
由式(6)可以看出加入减阻剂后输油管道内的水力...

【专利技术属性】
技术研发人员：全青，王寿喜，石营，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61