VirtualFlow | 基于欧拉三相模型的油/气/水分离仿真

1年前浏览1595

原油生产中，三相流（油/气/水）分离一直是具有挑战的工作，气体和油水混合物之间的自由表面运动、油和水的相互掺混、颗粒沉积和非牛顿特性使得这类流动变得相当复杂。借助CFD软件模拟有助于优化分离器设计。本篇主要采用通用流体仿真软件VirtualFlow，针对基于重力分离的油、气、水三相流分离过程进行模拟分析，以预测三相流分离流动。

模型简介

采用界面追踪技术（ITM）分离油-水混合物中的气体，然后采用Euler-Euler方法，将水视为离散相，分离油-水混合物。

界面追踪技术（ITM）

ITM是一种采用欧拉方法的定位界面方法，其中流体性质可由level Set函数来表征，引入表面张力求解单流体守恒方程组，用于预测需要精确界面识别的两相流。

Euler-Euler模型（SCSP）

SCSP方法用于模拟容器中的分散相（水）动力学，在本文中表示为单类分散相。与用于分离气体和液体的ITM相结合便可以分析具有不同流变特性的流体（即：可以耦合各种非牛顿模型）。

VirtualFlow基于有限体积法求解多流体Navier-Stokes方程，Navier-Stokes方程采用三阶Runge-Kutta时间积分格式求解。对流通量和扩散通量分别采用三阶TVD有界Quick格式和二阶中心格式。

二维分离器中的分离模拟

图1是采用VirtualFlow模拟二维轴对称分离器结果，图中的蓝色、灰色和绿色分别表示水，油和气体。含有气体和水的原油从左侧注入，撞击动量破碎器(momentum breaker)后，气体从顶部逸出，油沉淀后从下面被分离出来。