以扭带起旋的气固两相螺旋流流动与传热数值模拟

为了探讨输气管道中天然气水合物颗粒输送体系的螺旋悬浮流动规律,利用ANSYS软件对天然气管道内的气固两相螺旋流动和传热进行了三维瞬态数值模拟。研究了天然气管道内不同横截面的速度场、水合物颗粒体积分数分布规律、水合物颗粒沉降规律以及传热规律。模拟结果表明:螺旋流具有较强的携带能力,可以防止颗粒沉积,增强水合物颗粒之间的传热,避免形成水合物堵塞,保障管道安全;固体颗粒含量对携带能力有较大影响,当不含固体颗粒时,螺旋流流线稳定,衰减并不明显;当水合物颗粒体积分数达到8%左右,螺旋流的切向速度迅速衰减,衰减速率是无颗粒螺旋流的3倍。研究结果可为保障输气管道的安全输送提供理论指导。

以长扭带起旋的水合物浆体流动特性数值模拟

为了研究流体在长扭带中的流动特性,特别是水合物浆体的螺旋流动规律,对水合物颗粒在长扭带作用下全程起旋的涡量分布、螺旋流衰减特性及水合物颗粒沉积特性进行数值模拟。模拟结果表明:以长扭带起旋的涡先在扭带压力面产生,并逐渐向扭带中心移动,稳定后又开始向管壁处偏移,最后涡核中心与速度中心重合;以长扭带全程起旋涡量几乎不衰减,且扭率越小涡量越大,涡核中心越集中,涡量越大说明流体微团自旋越强烈,自旋强度越大颗粒越不容易团聚;水合物颗粒质量浓度呈明显的对称分布,集中在扭带边缘处;随着输送距离的增加,水合物颗粒螺旋输送轨迹越明显。所得结论可为水合物安全输送边界条件的拓展提供指导。

水合物颗粒螺旋输送数值模拟研究

为了更好地了解天然气水合物颗粒在两相螺旋管流中的流动特性和传热规律,采用DPM模型和RSM模型对以扭带起旋的水合物颗粒螺旋输送进行数值模拟。主要研究了不同扭率和流速下的温度场、速度场、湍流强度和水合物颗粒的沉积规律。研究结果表明螺旋流能加强壁面传热效率,且扭率越小雷诺数Re越大时管道壁面的传热效率越高;流体在扭带作用下速度开始呈双峰形式运动,最后峰值在管道中心处合并;螺旋流能有效提高水合物颗粒的运动距离,在螺旋流较强段水合物颗粒沉积明显较少;在扭带段湍流强度分布曲线呈"W"型中心刚性涡处湍流强度较小,在后管两个对称涡合并过程中加大了中心涡处的脉动速度,湍流强度分布曲线呈"U"型。

水合物螺旋流输送衰减规律数值模拟研究

为了提高螺旋流对水合物的安全输送边界,利用数值模拟技术对影响螺旋流衰减的因素进行研究。结果表明,水合物颗粒的旋转方向与扭带扭转方向相同,且扭率Y越小Re越大,对称涡线发生合并的位置越远。初始旋流数的大小主要与扭率Y有关,而与Re无关。但是在无扭带的管道下游螺旋流迅速呈指数规律衰减,其衰减速率主要与Re有关,而与扭率Y大小无关。并得出螺旋流衰减指数β与Re的关系式。与光管相比,螺旋流能够明显提高水合物的输送距离,在螺旋流较强段水合物颗粒均匀分布在管壁四周。

输气管道低洼处积液携带特性实验研究

输气管道在一定的温度和压力条件下产生的凝析液以及本身自带的液态水会造成管道内积液,特别是在弯管低洼处,由于重力作用产生回流使积液问题更加严重。以自行设计的输气管道积液携带装置为实验平台,起旋装置为扭带,空气和自来水为实验工质,利用高速相机观察并分析在有无螺旋流条件下弯管低洼处积液的气液界面波动特点和携带规律,研究了流速、扭率、积液量等因素对弯管处积液携带效率的影响。研究结果表明:随着表观流速的增加,气液界面波动越来越大,当达到携带临界流速时积液被携带走,且流速越大携带效率越高;有旋流动时产生的湍动能较大,更易使气液界面失稳产生波动,且积液携带效率更高;相比无旋流动时,有旋流动各阶段的临界流速比较小;各阶段临界流速还和积液量有关,积液量越少,各阶段临界流速越大;有螺旋流情况下比无旋流情况下界面波动大,波峰间距更小。

基于螺旋流的输气管道内水合物流动与传热分析

目前文献以气相为主导的输气管道螺旋颗粒流动与传热报道较少。鉴于此,采用RNG k-ε模型对螺旋管流中水合物颗粒的速度分布、湍流强度分布、颗粒沉积特性和传热特性进行研究。研究结果表明:当扭率为8. 8时,雷诺数越大,速度极大值的范围越大;扭率越小,在管中心形成的强制涡衰减越慢,湍流强度越大,水合物颗粒掺混效果越好,利于传热;无扭带管道中水合物颗粒比有扭带管道中水合物颗粒体积分数大6～8倍,扭带扭率越小,管底颗粒沉积越少;管道的努塞尔数随雷诺数逐渐增大,在相同的雷诺数条件下,扭带的扭率越小其努塞尔数越大,最大可提高4倍。研究结果可为水合物的安全输送提供理论指导。

叶轮起旋水合物管道螺旋流动及传热数值模拟

为了进一步研究输气管道中天然气水合物颗粒输送体系的螺旋悬浮流动规律,建立了圆管螺旋流的三维模型。采用RNG k-ε模型和DPM模型对天然气管道内的气固两相螺旋流动和传热进行了三维瞬态数值模拟。主要研究了水合物管道内不同横截面的速度场、壁面剪切力、水合物颗粒停留时间、水合物颗粒浓度分布规律以及传热规律。研究结果表明:螺旋流具有较强的颗粒携带能力,对增强水合物颗粒之间的传热,防治输气管道中水合物堵塞问题有较好的效果。研究结果可为保障输气管道的安全输送提供理论指导。

天然气水合物管道螺旋流动与传热数值模拟

为了对输气管道中天然气水合物颗粒输送体系的螺旋悬浮流动规律做进一步研究,通过建立圆管螺旋流的三维模型,采用RNG k-ε湍流模型和DPM模型对天然气管道内的气固两相螺旋流动和传热进行三维瞬态的数值模拟,主要研究了天然气管道内不同横截面的速度场、温度场、水合物颗粒体积分数分布规律以及传热规律。数值模拟计算表明,螺旋流具有较强的颗粒携带能力,对增强水合物颗粒之间的传热、防治输气管道中水合物堵塞有较好的效果。该研究结果可为输气管道的安全输送提供理论指导。

基于螺旋流的固体颗粒输送实验研究

从气固两相流的基本理论入手,对以扭带起旋的管段内气固两相流动特性进行了实验研究,主要考查气相流速、扭带参数对颗粒携带规律、碰撞特点、携带距离、颗粒速度分布和浓度分布的影响,并对比分析了气固两相非旋流与气固两相螺旋流的流动特性。实验结果表明:气相流速是管内固体颗粒流动特性的重要影响因素,随着气相速度的增大,对固体颗粒的携带距离也增大;扭带参数对流动特性亦有较大影响,随着扭带扭率减小,携带距离也有逐渐变大的趋势。