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天然气水合物(Natural Gas Hydrate,俗称“可燃冰”),储量大、能量密度高、燃烧清洁,未来有望主导全球能源供给[1]。随着我国南海海域“可燃冰”连续、稳定的试采成功,标志着我国天然气水合物的研究工作已进入到一个崭新的阶段。同时,如何经济、安全有效地将破碎后的天然气水合物浆体从海底输送至海面也一直是困扰研究人员的重要问题。因此,本文开展天然气水合物浆体管输特性的研究,旨在确定管道输送单位质量天然气水合物所需能耗最小值,保证管输的安全性,并确定天然气水合物浆体输送经济性流动参数。本文采用数值计算方法对天然气水合物浆体的管输特性进行研究。研究内容主要包括:天然气水合物浆体固-液输送段的特性研究;天然气水合物分解输送段的特性研究;基于响应曲面法的最优流动参数分析。研究结果如下:(1)在天然气水合物浆体固-液输送段中,水平管浆体的临界流速判别以均匀度变异系数26.52%为判别依据,并对不同工况下临界流速的进行了数值计算,拟合出临界流速与固相颗粒体积分数、颗粒粒径、固液密度比的关系式;水平管道的压力损失随着流速的增大而增大;水平管道的压力损失随着固相颗粒体积分数的增加而线性增长;水平管道的压力损失随着粒径的增大呈现出减小的趋势;垂直管浆体的压力损失随着流速的增大呈现出非线性增长的趋势,以3.5m/s时为增长转折点,压力损失变化率先减少后增加;压力损失随着固相体积分数的增大呈现出先减小后增大的变化趋势,在颗粒体积分数0.25时存在极小值;压力损失随着固相颗粒的增大而减少。(2)在天然气水合物分解输送段,水合物分解产生的气体质量分数沿管道截面呈现出“中间少、两边多”的环状分布规律,随着提升高度增加,水合物颗粒速度分布、颗粒相体积分布均出现先紊乱再平稳的变化特征。此外,分解产生的气体对浆体管道运输具有举升作用,表现为管道的减阻作用。最后,提出水合物分解下的浆体流速应高于2.5m/s。(3)在基于响应曲面法的最优流动参数分析中,以水平管和垂直管的初始流速、固相颗粒体积分数以及固相颗粒粒径为影响因素,以输送单位质量单位长度的介质所需的压降为指标,得到水平管道的最优流动参数:初始流速为4.02m/s,固相体积分数为0.2,固相颗粒粒径为4.94mm,总压降的最小值为0.562MPa;同理,得到垂直管道的最优流动参数:初始流速为1.5m/s,固相体积分数为0.23,固相颗粒粒径为5mm,天然气水合物浆体从海底提升到海面需要损失最小值为15.48MPa的压力。