石油,作为世界最主要的一次能源,影响着工业的发展与科技的进步。随着世界对原油需求的不断增加,原油产量也不断增加。我国作为原油进口大国,原油储量严重制约工业的发展。我国从2004年开始实施战略石油储备项目,至今还未形成满足全国90天消费需求的储备能力。大型储油站所的建立,导致对储油罐内原油加热的方式越来越受到重视。射流加热作为一种加热速率高、能耗少的加热方式逐渐应用到大型储油罐内。总的来说,储油罐内射流加热过程本质是热浮力射流。针对不同储油罐以及喷嘴,对射流加热过程传热及流动特性研究,对于制定合理的工艺方案、辅助工程决策、丰富工程传热问题的研究成果都具有重要意义。鉴于此,本文采用实验与数值模拟相结合的方式,对储油罐射流加热过程的传热规律进行研究。具体包括以下研究:首先,构建原油储罐射流加热过程模拟实验系统及分析其传热规律。基于粒子图像测速系统实现流场的可视化,并采用温度传感器实现储罐内温度数据的监测,构建模拟原油储罐射流加热过程的实验系统和实验方法。以射流结构喷嘴直径、弯管角度、射流温度以及射流速度等作为影响因素,对不同因素下储罐射流加热过程的流场和温度场的演变规律进行研究。并以罐顶与罐壁处Gr数,Pr数和Ra数作为定量分析的依据,研究散热的主要位置并分析不同实验工况下动量扩散与热量扩散的传递规律。其次,建立射流加热过程的数学模型、物理模型。对原油储罐射流加热过程传热系统进行构建,基于相关研究对边界设置相应的厚度和材料用以简化边界结构,采用非结构化网格对求解区域进行离散,基于有限体积法对于每个网格的控制方程进行离散。然后,对射流加热过程的传热和流动规律的三维数值模拟进行研究。对射流加热过程中传热、流动规律进行研究与分析,针对温度场中传热反应区以及速度场中高速区演变规律进行着重研究,射流流动与传热的耦合关系被深入分析。引入场协同理论,以协同角描述射流加热过程的传热效率。最后,分析影响因素对射流加热过程传热效率的影响规律。采用控制单一变量法设计实验方案,引入场协同理论对不同影响因素下传热效率进行定量表征,采用灰色关联分析方法对影响程度进行定量计算。对于数值模拟工况中1×104m3浮顶储罐,不同影响因素对温度场、速度场演变规律影响较小;以协同角表征传热效率,在模拟实验工况中喷嘴直径为Φ48×4mm、加热温度为70℃、弯管角度30°、喷嘴个数为8个、液位高度为3m、射流速度为12.277m/s、喷嘴倾斜角度为0°时,协同角最小,传热效率最高。基于灰色关联分析方法,相关程度排序为:加热温度>液位高度>喷嘴个数>射流速度>弯管角度>喷嘴直径>倾斜角度。对于射流轨迹,当影响因素对射流速度、加热温度、弯管角度产生较大影响时,射流轨迹随之发生变化。