马 跃

（中国石油管道局工程有限公司东北石油管道有限公司，辽宁 沈阳 110031）

目前电加热解凝技术（图1）对管道解凝的应用研究主要集中于管道径向凝油融化的研究[1-6]。而斜坡敷设管道由于起点和终点高程不同，管道解凝过程中固相凝油和液相热油在管道内流动和热交换作用频繁，所以单一研究管道径向凝油融化规律不足以表征斜坡管道凝管的解凝效果。以下针对凝油融化问题建立三维流固相变传热数学模型[7]，利用Fluent仿真软件模拟分析斜坡敷设管道中凝油融化的轴向传热过程及扩散规律，以期为斜坡敷设管道电加热分段解凝长度确定和解凝时间计算提供理论依据。

图1 管道电加热解凝工艺图

1 模型建立

1.1 物理模型

本文借助Fluent模拟仿真软件建立三维管道模型，管道径向截面如图2所示，模型计算区域包括凝油区、结蜡区和钢管区3部分，均采用六面体网格进行单元划分（图3），其中凝油区作为模拟计算主要研究对象对网格进行细化并对临近结蜡区域划分流动边界层。利用该模型分别模拟不同坡度管道中凝油融化及扩散规律，分析管道坡度对解凝速率的影响。

图2 管道径向模型图

图3 三维模型网格细化图

1.2 数学模型

质量守恒方程：

动量守恒方程：

式中：τj—应力张量，Pa；

gi和Fi—i方向上的重力体积力和外部体积力，N·m-3；

p—静压力，Pa。

其中τj可表示为：

能量守恒方程：

式中：E—内能，J；

Jj—组分j′的扩散流量，m3·s-1；

Sh—用户定义的体积热源项，J·kg-1；

keff—有效导热率，W·m-1·K-1；

hj—同分子物质的焓值。……