含蜡原油大多具有易凝、高黏、流变性复杂的特点,在实际生产和储存过程中通常需加热处理。浮顶油罐是最常用的含蜡原油储罐,含蜡原油在储存过程中会因为向外界传热而冷却。当油温降低到析蜡点以下时,含蜡原油开始析蜡;当析蜡分数达到含蜡原油总质量的2%~3%时,含蜡原油将会胶凝,严重影响含蜡原油的储存安全。因此,研究浮顶油罐内含蜡原油的温降规律,准确把握其温降特性,对科学设计浮顶油罐的保温结构、合理制定油罐的周转方案以及削减生产成本等具有重要意义。另一方面,针对浮顶油罐内含蜡原油的融化过程,掌握罐内含蜡原油的融化规律,科学制定融化方案,对降低生产成本具有现实意义。浮顶油罐内含蜡原油的温降和融化过程是一个涉及多物质耦合、多种传热方式耦合、相变、固液相作用、流变性变化、流固耦合以及湍流的非稳态自然对流过程。根据温降和融化过程中含蜡原油形态和流变性变化,在考虑空气层、钢板层、保温层、土壤层以及罐内含蜡原油的基础上,本文分别建立了浮顶油罐内含蜡原油温降和融化物理数学模型,发展了能够耦合含蜡原油形态和流变性变化以及油罐各部分水热力过程一体化耦合求解技术,并开发了相应的数值计算程序。针对模拟罐、1000m~3浮顶油罐和10×10~4m~3双盘式浮顶油罐内不断增强的湍流过程,分别采用层流模型、大涡模拟方法和标准k-ε模型对罐内含蜡原油的湍流过程进行计算。此外,本文还研究了模拟罐层流融化和双盘式浮顶油罐湍流融化规律。为了提高计算效率,本文发展了基于浸入边界法的双盘式浮顶油罐湍流融化数学模型,并将其用于1000m~3双盘式浮顶油罐湍流融化规律研究中。基于以上物理数学模型和数值计算方法,本文研究了浮顶油罐内含蜡原油温度场、流场等演化规律,阐明了罐顶、罐底和罐壁处传热规律以及罐顶和罐底凝油层增长规律。对于模拟罐内含蜡原油温降和融化过程,本文研究了析蜡分数、非牛顿性和蜡晶多孔介质渗透率常数对温降和融化过程的影响。对于1000m~3单盘式和双盘式浮顶油罐,本文研究了二者传热规律的不同。在罐内含蜡原油融化规律研究方面,本文分析了层流融化与湍流融化的差异。本文的研究成果对浮顶油罐的设计、生产方案的制定、罐内含蜡原油的储存安全以及节能减排具有一定的意义。