1.一种大型原油浮顶储罐非稳态传热过程数值模拟方法,包括如下内容:
步骤一:以原油储罐过轴线的剖面为研究对象,建立储罐二维非稳态传热数值模型;
步骤二:运用有限差分法对数值模型区域进行离散,得到外部角点、边界节点以及内部节点的非稳态离散方程,并根据离散方程的稳定性,确定空间步长以及时间步长;
步骤三:根据罐顶、罐壁以及罐底的边界条件,建立原油物性参数、边界传热系数与温度的对应关系,所述边界传热系数包括罐顶传热系数、罐壁传热系数及罐底传热系数,具体按照以下步骤进行:(1)假定罐顶温度,与油品温度之间的平均值为定性温度,然后计算出在此定性温度下油品的物性参数:相对密度、粘度、导热系数、比热容以及体膨胀系数;
(2)根据格拉晓夫准则和普朗特准则,确定中间系数和值,然后计算出内部放热系数、外部放热系数以及辐射放热系数,如果是双盘浮顶罐,还需要根据浮舱定性温度计算出舱内放热系数;
(3)计算得出罐顶传热系数,根据热平衡原理进行验算;如果满足精度,则认为假定的平均温度是准确的;如不满足,应重新假定平均温度,再计算罐顶传热系数,同理可得罐壁传热系数及罐底传热系数;
步骤四:对罐内原油初始温度进行赋值,运用插值法将相应温度下的原油物性参数及边界传热系数,代入到外部角点、边界节点以及内部节点离散方程中,然后迭代进行下一个时间步长的计算,得出罐内原油温度场分布,直到整个模拟过程计算结束,得出罐内原油温度场的变化规律。
2.根据权利要求1所述的大型原油浮顶储罐非稳态传热过程数值模拟方法,其特征在于:步骤二所述的运用有限差分法对数值模型区域进行离散,得到外部角点的非稳态离散方程,其中点D(1,1)为储罐模型的底部角点,外部角点的非稳态离散方程中的底部角点方程是:式中: 分别为点D(1,1)在第i+1和i时间上的温度,℃, 分别为点D的相邻点(2,1)和(1,2)上的温度,℃,tf为罐外的温度,℃,ttu为土壤温度,℃,Fox、Bix分别为x方向上网格傅里叶数、网格毕渥数,Foy为y方向上网格傅里叶数、Biydi为底部y方向上网格毕渥数;
其中:对于顶部角点B(M,N),外部角点的非稳态离散方程中的顶部角点方程是:式中: 分别为点B(M,N)在第i+1和i时间上的温度,℃, 分别
为点B的相邻点(M,N-1)和(M-1,N)上的温度,℃,tf为罐外的温度,℃,Fox、Bix分别为x方向上网格傅里叶数、网格毕渥数,Foy为y方向上网格傅里叶数、Biyding为顶部y方向上网格毕渥数。
3.根据权利要求1所述的大型原油浮顶储罐非稳态传热过程数值模拟方法,其特征在于:步骤二所述的运用有限差分法对数值模型区域进行离散,得到边界节点的非稳态离散方程,其中的竖直边界节点主要受罐壁传热以及相邻三个点温度的影响,其上任意一节点G(1,b)的离散方程为:式中: 分别为点G(1,b)在第i+1和i时间上的温度,℃, 分别
为点B的相邻点(1,b-1)、(1,b+1)和(2,b)上的温度,℃,tf为罐外的温度,℃,Fox、Bix分别为x方向上网格傅里叶数、网格毕渥数,Foy为y方向上网格傅里叶数;
其中的平直边界节点主要受罐顶或罐底传热以及相邻三个点温度的影响,平直边界节点中的任一上边界节点E(a,N)的离散方程为:式中: 分别为点E(a,N)在第i+1和i时间上的温度,℃,
分别为点E的相邻点(a-1,N)、(a+1,N)和(a,N-1)上的温度,℃,tf为罐外的温度,℃,Fox、Bix分别为x方向上网格傅里叶数、网格毕渥数,Foy为y方向上网格傅里叶数、Biyding为顶部方向上网格毕渥数;
平直边界节点中的任一下边界节点F(d,1)的离散方程为:
式中: 分别为点F(d,1)在第i+1和i时间上的温度,℃, 分别
为点F的相邻点(d-1,1)、(d+1,1)和(d,2)上的温度,℃,ttu为土壤温度,℃,Fox、Bix分别为x方向上网格傅里叶数、网格毕渥数,Foy为y方向上网格傅里叶数、Biydi为底部y方向上网格毕渥数。
4.根据权利要求1所述的大型原油浮顶储罐非稳态传热过程数值模拟方法,其特征在于:步骤二所述的运用有限差分法对数值模型区域进行离散,得到内部任一节点H(m,n)的非稳态离散方程是:式中 : 分别为点H (m,n) 在第i+1 和i时间上的温度 ,℃,分别为点H的相邻点(m-1,n)、(m+1,n)、(m,n-1)和(m,n+1)上的温度,℃,Fox、Foy分别为x、y方向上网格傅里叶数。