第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù)

1、多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt1第二章 多相流熱物性模型 物性參數(shù)是多相流分析的基礎(chǔ)。通常來講，所用的分析模型越精確，所要求的物性參數(shù)就越多。目前常用的物性模型有黑油模型、組分模型和組合模型。第一節(jié)第一節(jié) 黑油模型黑油模型 黑油模型是指在不清楚流體組成情況的下，由經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式確定指定壓力、溫度下的各種物性參數(shù)的模型。它的特點(diǎn)是直觀、簡單，常常只有一個顯式公式，計算量很小。多相流工藝計算中常用的黑油模型有：一、密度一、密度（一）原油密度1、脫氣原油密度)20(20tt多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt2第二章 多相流熱物性模型2、溶氣原油密度 3、天然氣相對

2、密度 同一溫度、壓力下，氣體的密度與干空氣密度之比為氣體相對密度。 式中：t，20 溫度為t和20時的原油密度，kg/m3。溫度系數(shù)，kg/m3.。2000132. 0828. 1)(1agssooRB式中：o脫氣原油密度，kg/m3；a工程標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度，kg/m3；gs溶入的天然氣相對于工程標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的相對密度。 43818. 408779. 4)00393. 000379. 0(oosgsR多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt3第二章 多相流熱物性模型4、未溶解天然氣相對密度 a*式中：* 氣體相對密度； 氣體密度；a 空氣密度。sngssgnRRRR式中： R

3、n 每立方米脫氣原油中有Rn立方米天然氣；g 天然氣密度； Rs 溶于原油中的天然氣體積；gs 溶解的天然氣密度。多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt4第二章 多相流熱物性模型（二）天然氣壓縮因子 1、雷德里希鄺法（RedlichKwong） 2、霍爾亞鮑勒夫法（HallYarborough） 式中： Z 天然氣壓縮因子；Pc、Tc臨界壓力和溫度，Pa、K；P、T壓力和溫度，Pa、K。TPTbTPTabPaPbPbaZZZcc5 . 2c5 . 2c22222230867. 04278. 00)(yTTPZrrr)1 (2 .1exp06125.0211多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)

4、用2022-3-9整理ppt5第二章 多相流熱物性模型式中的y值可由下式迭代求解。 3、羅賓遜法（Dranchuk，Purvis，Robinson）)exp(1)()(12r82r83r2r71r5652r1r543r31r21AATATAATAATATAAZrr式中： A1=0.31506237；A2= -1.04670990；A3= -0.57832729 A4=0.53530771；A5= -0.61232032；A6= -0.10488813 A7=0.68157001；A8=0.68446549 rrr/27. 0ZTP0)4 .422 .2427 .90()58. 476. 976

5、.14()1 ()1 (2 . 1exp06125. 0r28. 218. 23r2r1r23r2r1r343221r1rrTTyTTTyTTTyyyyyTTP多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt6第二章 多相流熱物性模型4、高帕爾法（Gopal） 該法以不同的直線方程擬和壓縮因子圖的不同部分。方程的通式為： Pr 和Tr 的數(shù)值不同時，系數(shù)A，B，C，D取不同的值。 5、精度要求不高時的簡便方法 天然氣壓縮因子也可以用下述簡便方法計算： 上式的使用范圍：0Pr12和1.25Tr1.6。 二、粘度二、粘度 （一）一般原油粘度 1、缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下所用的計算方法 DCTBAT

6、PZrrr)(rr)6 . 034. 01 (PTZ222022020866.0658.0多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt7第二章 多相流熱物性模型2、已知某一溫度下的粘度，求指定溫度下的粘度 已知t0 溫度下的粘度，求溫度t 下的粘度 3、已知任意兩個溫度下的粘度，求其他溫度下的粘度 1000)lg()(1*)(1tttcttaccu式中：t、0 溫度為t（）和t0（）時，原油的粘度，mPa.s；a、c系數(shù)。Atbtexp12211221lnlnttttt tA211221lnttttb多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt8第二章 多相流熱物性模型4、已知

7、20和50的粘度，求其他溫度下的粘度 （二）地面脫氣原油的粘度 1、魯賓遜(Robinson)公式 其中： 3020205020tlglglglgt110 xon163. 1)328 . 1 (tyxz10yoo5 .1315 .14102023. 00324. 3z式中：on地面脫氣原油的粘度，mPa.s； t溫度，； o原油的相對密度，無因次；x、y、z中間變量。多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt9第二章 多相流熱物性模型（三）溶氣原油的粘度 1、貝格斯法 其中： 2、瓦茲奎茲法 BonoA338. 0s515. 0s)150615. 5(44. 5)100615. 5(

8、715.10SBSA式中： o飽和原油的粘度，mPa.s；o溶解油氣比，m3/m3；A、B中間變量。 mboboPP)1450. 0exp()1450. 0(4312PCCPCmC多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt10第二章 多相流熱物性模型3、丘康納利法 其中：式中： o不飽和原油的粘度，mPa.s；ob飽和壓力Pb下的原油粘度，mPa.s； m中間變量。C1，C2，C3，C4常數(shù)，C1=2.6，C2=1.187，C3=-11.513，C4=-8.9810-5。BooAssBAR0040545. 0R00455. 01057. 043. 0108 . 02 . 0式中：o溶

9、氣原油的粘度，mPa.s；o脫氣原油的粘度，mPa.s。多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt11第二章 多相流熱物性模型（四）天然氣的粘度 1、由密度和相對密度求標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的粘度 2、用卡厄圖求常壓下天然氣的粘度 45 . 1y108 . 158.3774 .122)1844. 077. 7(415. 204. 011. 16 .10632781. 057. 21000expTTCxyTxxC式中： T天然氣溫度，開。 TT7 .3052 .11610)767. 061.12(423多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt12第二章 多相流熱物性模型3、高壓下的天然

10、氣粘度求法 首先求出常溫常壓下的粘度，再求粘度比： 式中： Pr天然氣視對比壓力；Tr天然氣視對比溫度。而系數(shù)ai可由下表查得。)()()(ln3r152r14r13123r3r112r10r982r3r72r6r543r32r2r10PaPaPaaTPaPaPaaTPaPaPaaTPaPaPaar式中： T 氣體溫度，K；氣體的相對密度，無因次。此式適用范圍：1Pr20和1.2Tr3.0。 多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt13第二章 多相流熱物性模型（五）水的粘度1、純水的粘度 可用貝格斯和布里爾公式可求出給定溫度下水的粘度： 系數(shù)系數(shù)數(shù)數(shù) 值值 系數(shù)系數(shù)數(shù)數(shù) 值值系數(shù)系

11、數(shù)數(shù)數(shù) 值值a0-2.4621182a60.360373020a120.839387210-1a12.97054714a7-0.01044424a13-0.1864089a2-0.2862641a8-0.79338568a14-0.203367910-1a30.8054210-2a91.39643306a15-0.609579910-3a42.8086095a10-0.14914492 a5-3.49803305a110.44101510-2 )328 . 1 (10982. 1 )328 . 1 (10479. 1 003. 1exp252ttwmPa.s多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-

12、3-9整理ppt14第二章 多相流熱物性模型 壓力對水的粘度影響不大。 2、油田水的粘度 阿諾尼穆斯給出了油田水的粘溫計算公式。當(dāng)含鹽量為S=50000250000ppm時，計算式為：含鹽量小于該式，可用純水公式計算。三、油氣溶解性參數(shù)三、油氣溶解性參數(shù)（一）天然氣在原油中的溶解度 1m3脫氣原油在某一壓力和溫度下能溶解的天然氣量（折算成工程標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積）稱為天然氣在原油中的溶解度，或稱溶解油氣比，常以Rs表示，米3（氣）/米3（油）為單位。 1、雷薩特給出了求溶解度的相關(guān)關(guān)系式：StS66w10369. 19601. 0log)10922. 1exp(2545. 2式中：w油田水的粘度，

13、mPa.s；S含鹽量，ppm。多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt15第二章 多相流熱物性模型2、斯坦丁給出了另外一種求溶解度的相關(guān)關(guān)系式：通常認(rèn)為雷薩特相關(guān)式優(yōu)于斯坦丁關(guān)系式。 891.069.118lg826.01033.11178.0ggo5ggsTPyMyyRo式中： yg天然氣分子分?jǐn)?shù)；Mo脫氣原油分子量；P絕對壓力，MPa；T溫度，K。205. 1)02912. 0001638. 0(64. 177. 1gs101006. 8178. 01tPR式中：t溫度，。多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt16第二章 多相流熱物性模型（二）原油的體積系數(shù) 由于

14、天然氣的溶解，部分天然氣以液態(tài)存在于原油中，使原油體積增大。1m3脫氣原油中溶入天然氣后所具有的體積稱為原油的體積系數(shù) 1、由諾模圖擬和的關(guān)系式：2、由泡點(diǎn)壓力Pb計算原油體積系數(shù)（當(dāng)PPb時，Pb為泡點(diǎn)壓力，kPa）4025. 262. 5000147. 0972. 05 . 0ogs175. 1otRFFB式中： Bo原油體積系數(shù)，m3/m3。 t溫度，。gs3goo2s1o5 .1315 .141)288 .1 (615.55 .1315 .141)288 .1 (615.51ootSCtCSCB式中： Ss溶解油氣比；C1、C2、C3系數(shù)。多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理

15、ppt17第二章 多相流熱物性模型泡點(diǎn)壓力計算所用系數(shù)系系 數(shù)數(shù)當(dāng)當(dāng)o o0.8762時時當(dāng)當(dāng)o o0.8762時時C14.67710-44.67010-4C21.75110-51.10010-5C3-1.81110-81.33710-9多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt18第二章 多相流熱物性模型3、由泡點(diǎn)壓力Pb計算原油體積系數(shù)（當(dāng)PPb時）其中：)(expbooboPPCBBPaaataSaaCs6oo5gs4321o/)/ )5 .1315 .141()328 . 1 (615. 5895. 6式中：Bob泡點(diǎn)壓力Pb下的原油體積系數(shù)； a1= -1433.0，a2=

16、5.0，a3=17.2，a4=-1180.0，a5=12.61，a6=105。多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt19第二章 多相流熱物性模型四、比熱四、比熱（一）原油比熱1、常溫下的比熱原油的比熱可以按下式計算：2、原油給定溫度下的比熱)1039. 3678. 1 (1315tc式中：c原油比熱，千焦/千克.；1515時原油密度，噸/米3。)1(1868.4)1(1868.4mtntBecAec式中：c原油比熱，千焦/千克.；t原油溫度，；多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt20第二章 多相流熱物性模型（二）天然氣定壓摩爾熱容五、天然氣焦耳五、天然氣焦耳湯姆遜

17、系數(shù)湯姆遜系數(shù) 在求解有關(guān)管路輸送中的溫降時，常用到焦耳湯姆遜系數(shù)。它的計算式為：A、B比熱常數(shù)；m、n比熱指數(shù)。 08. 5524P100)10(238. 010149. 002203. 015. 3TPMTTC式中： Cp天然氣定壓摩爾熱容，J/(mol.K)；T天然氣溫度，K；M天然氣平均分子量；P壓力，Pa。多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt21第二章 多相流熱物性模型此式適用范圍：0.8Pr3.5和1.6Tr2.1。 六、表面張力六、表面張力（一）常壓下油氣原油的表面張力計算公式在缺乏實(shí)驗(yàn)條件下，可用下式估算溶氣原油表面張力：)8 . 0(071. 0343. 2)

18、,(),(r04. 2rrrpcrrciPTTPfCPTPfTD式中：Di焦耳湯姆遜系數(shù)，/MPa；Cp天然氣定壓摩爾熱容，J/（mol.）；Pc假臨界壓力，Pa；Tc假臨界溫度，K。3o10)1896. 908427. 05 .47(t多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt22第二章 多相流熱物性模型（二）給定壓力下的溶氣原油表面張力系數(shù)（三）原油天然氣的表面張力式中： 表面張力系數(shù)，N/m；t溫度，。)018563. 010127. 0exp(P式中：常壓下的表面張力系數(shù)，N/m；指定壓力下的表面張力系數(shù)，N/m；P壓力，MPa。ooo5 .1315 .141267. 0)3

19、28 . 1 (047. 04 .42t多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt23第二章 多相流熱物性模型（四）水天然氣的表面張力 卡茨等人提出了預(yù)測水天然氣表面張力的公式： 式中： o原油天然氣的表面張力，mN/m；P壓力，MPa；t溫度，；o天然氣相對密度，無因次。PPPt00087. 05 .5200087. 05 .52)00003625. 0exp(762068 . 1248w式中： w水天然氣的表面張力，mN/m；P壓力，MPa；t溫度，。多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt24第二章 多相流熱物性模型第二節(jié)第二節(jié) 組分模型組分模型 為了區(qū)分不同流體，

20、黑油模型通常用相對密度來區(qū)別。但這種方法顯然不能真正區(qū)分不同流體。而組分模型是按流體的組分含量來區(qū)分流體，更能反映問題本質(zhì)，其計算結(jié)果的適用范圍大為增加。組分模型在多相流工藝計算特別是多相流仿真中，得到了廣泛的應(yīng)用。 一、流體狀態(tài)方程 目前在多相流物性計算中，主要用到以下幾種狀態(tài)方程：（一）RK狀態(tài)方程)(2/1bTabRTp式中：摩爾體積；Z壓縮因子；a，b特性常數(shù)。多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt25第二章 多相流熱物性模型（二）SRK狀態(tài)方程（三）PR狀態(tài)方程（四）BWRS狀態(tài)方程 BWRS狀態(tài)方程是目前最精確的狀態(tài)方程之一。其表達(dá)式為： )()(bTabRTP式中：

21、摩爾體積；Z壓縮因子。)()()(bbbTabRTP式中：摩爾體積；Z壓縮因子。多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt26第二章 多相流熱物性模型 式中A0、B0、C0、D0、E0、F0、G0、a、b、c、d、為方程式的十一個參數(shù)。 一、各物性參數(shù)的計算（一）由狀態(tài)方程可確定的參數(shù) 以BWRST方程為例，各參數(shù)的計算方法為： 1、氣體壓縮系數(shù)計算式中各參數(shù)的意義同BWRST方程中參數(shù)的意義。 )exp()1 ()()()(2223632403020o0TcTdaTdabRTTETDTCARTBRTP)exp()1 ()()()(1222252250403000TcTdaRTRTd

22、RTabRTERTDRTCRTABZ多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt27第二章 多相流熱物性模型2、密度計算3、流體焓的計算4、流體熵的計算PTcTdaTdabRTTETDTCARTBRTF)exp()1 ()()()()(222363240302000)exp(233)7(51)432(21)6542(24222524o3o2ooo0TcTdaTdabRTTETDTCARTBhh)exp(211125)(21)432(325.101ln22352225430TTcTdTdbRTETDTCRBRTRssooooi4i3i2iii0i4534232lnGTFTETDTCTBs

23、多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt28第二章 多相流熱物性模型5、流體定容比熱計算6、流體定壓比熱計算7、氣體比熱比4i3i2iii0vi5432TFTETDTCBCniCxC10vii0v2)exp()2(352)20126(22352225o4o3o0VVTcTdTdTETDTCCCTPTPTCC2P2VPVPCCk 多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt29第二章 多相流熱物性模型8、焦耳湯姆遜系數(shù)9、氣液混合流體的氣化率計算 汽化率e定義為： 11T2PiPTPTCD0 . 11) 1(n1iiieKZFVe 式中： Di 氣體的節(jié)流系數(shù)，/Pa；氣體的密度，kg/m3；T氣體絕對溫度，K；Cp氣體的定壓比熱。多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用2022-3-9整理ppt30第二章 多相流熱物性模型10、各相逸度計算42222/12222223/1i23/1253/123/1i253/1i23/1i23/1i22ij41/2o