Application of a Numerical Model of Solid-Liquid Hammer in Pipeline Transport

The water hammer in pipelines for the transportation of plumbum and Zn mining tailing, supplied by centrifugal pumps, was studied by a numerical model of water hammer for pseudo-homogeneous solid-liquid flows. The simulation results were in good agreement with earlier experiments. The simulation result of air tanks installed on pipelines proved that the installation of air tanks is the most effective measure to reduce the water hammer associated with return flow caused by rapid closing of check valves. Other effective measures include the use of longer check-valve closure time or installation of the relief valves on the lower segments of the pipelines.

低温推进剂管网系统中盲支管充填过程压力演化的模拟与水击特性研究

低温推进剂管路充填过程可能发生剧烈的水击破坏,其形成机制、演化规律与常温水击差异显著。建立了低温液体充填常温管路压力演化的数值仿真模型,可实现大温差传热、气液掺混、流体相变等耦合计算,得到低温充填水击两相流态分布、热质转化与管内瞬变压力,探明了低温充填水击压力峰值的形成机制。低温充填水击时存在气相压缩、冷凝水击、振荡衰减及稳定蒸发等四个阶段,导致低温充填水击压力峰值有两个因素:液体惯性截止的反流作用和气体冷凝的水击作用,其中气体冷凝作用占主导。与常温充填水击相比,低温液体气液相变导致充填管路水击压力更高,压力衰减更快。如果忽略气液相变,管内氮气在液氮惯性冲击下被压缩,液氮动能逐步释放,以较低的加速度(354 m/s^(2))发生液氮冲击盲管末端,冲击压力值较低;如果气体冷凝作用显著,液氮充填过程管内氮气基本液化,失去了对高速液氮流的缓冲,导致液氮发生剧烈的流动截止现象,加速度可达1 102 m/s^(2),冲击压力值增大。当低温液体贮箱压力为0.2 MPa时,低温充填过程盲管末端最高压力值达0.843 MPa。

液柱分离型水锤新空腔模型

为深入探讨液柱分离型水锤的模拟计算,通过改进离散空腔模型,提出了新空腔模型。新空腔模型考虑空腔处非满流的流态,根据前后管段的水流状态,将计算管段划分为7种类型,分别建立计算模块对空腔处管段进行分类计算,使其更为准确地计算空腔处的流量同时模拟空腔处的瞬变过程,并基于简单管路和复杂管路试验对新空腔模型进行了初步验证。结果表明,与DVCM相比,新空腔模型能够更准确地模拟瞬变过程中的压力波动和空腔形态、位置及空腔体积的变化,对水柱弥合过程的压力波动峰值的模拟更接近实测数据,有助于指导实际工程中的水锤安全防护。

加氢裂化装置反冲洗过滤器液击现象分析及处理

加氢裂化装置是石油化工行业中一类重要炼油装置,也是现代炼油二次加工、重油轻质化的主要装置之一。文章针对新建加氢裂化装置反冲洗过滤器反洗时发生的液击现象进行介绍,运用液击理论中的数学模型,对液击产生的原因进行计算和分析。通过对比几种常见消除液击的方法,最终选择延长阀门关闭时间,成功解决了该装置反冲洗过滤器液击问题。

一例工业空调使用故障的诊断和排除

工业空调在昼夜温差较大地区使用时,容易出现由于温差大,导致空调内制冷剂迁移而发生的压缩机液击故障。本文从该类故障的发生原因和改善进行了分析和说明,对该类地区使用该类型空调产品的用户和生产者提供了一种解决该类故障的参考。

海洋环境大直径桩基“超重锤+低液面”施工技术

针对复杂海况中大直径钻孔灌注桩施工常见问题,以某工程项目为例,基于项目地质情况,对大直径变径钻孔桩施工在设备选型、工艺优化、成品质量控制等多方面进行详细研究,对比分析了不同施工工艺下的成桩质量与施工工效等,实践表明:“低液面(较原来水头标高降低4~5 m)+超重锤(直径d=2.5 m,重14 t)”组合施工工艺冲击成孔工艺在高强裸岩工况下施工,相较于传统工艺,可有效解决了复杂海洋环境坚硬地层中桩基成孔过程中漏浆、串孔等诸多工程难题,Ⅰ类桩成桩率达到99%以上,同时本文对桩基成孔过程中的施工重难点及质量控制要点进行详细说明,为类工况桩基施工提供可借鉴解决方案。

活性破片撞击液箱毁伤行为仿真研究

显著不同于传统惰性金属破片,活性破片在撞击液箱时,能够利用动能撞击和爆燃反应等双重机理实现侵、爆耦合作用液箱毁伤模式。文章利用AUTODYN有限元分析软件,研究了活性破片撞击液箱的结构毁伤增强行为。研究结果表明,在撞击液箱过程中,活性破片进入液体后将在化学能释放作用下形成类椭圆形空穴,且对液箱侧壁面造成的冲击更为严重;随着液箱前板厚度增加,空穴体积和前板最大隆起呈现先增大后减小趋势,前板侵孔直径则呈现逐渐增大趋势;随着撞击速度加快,活性破片激活率增加且动能增大,空穴体积和前板最大隆起逐渐增大,前板侵孔直径逐渐减小;随着注水率逐渐下降,箱体受到的冲击强度逐渐减小,前板最大隆起减小,且前板变形逐渐集中在一侧,但前板侵孔直径变化不明显。

热氨融霜过程多相相变流动液击形成机理研究

热氨融霜多相流动液锤诱发的回气总管频现爆管和穿孔腐蚀事故的预防仍是一项技术挑战。基于进口速度突变和瞬态冷凝与汽化相变直接驱动力,建立了描述多相相变流动液击形成过程的理论模型及其数值模拟算法,研究了回气总管热氨蒸汽与深冷液氨多相分层流动液击的形成机理,研究结果表明:在进口流速突变条件下,瞬态冷凝与汽化相变多相流动诱发的液击压强是无相变多相流动液击压强4倍左右,考虑相变驱动是准确预测多相流动液击的理论前提,多相流动液锤压力显多波型大幅脉动波动变化,且随着氨液剩余填充量增加而增大,而深冷液氨区局部液击压力降至液氨的饱和蒸汽压所诱发的空泡溃灭是导致回气总管频现穿孔腐蚀的直接原因。

小浪底电站技术供水回水系统水锤防护研究

对小浪底电站技术供水回水系统过渡过程进行了计算机模拟 ,对各种运行工况进行了计算 .根据小浪底电站技术供水回水系统布置特点 ,提出了一种特殊而有效的防护方法 。

射流式液动锤高压腔内液体压力的数学模型

为了定量分析活塞冲锤的运动状态,实现射流式液动锤性能的优化设计,以冲击式水轮机力学模型为参考,根据经典的流体力学基本定理,推导出了射流式液动锤高压腔内液体压力的数学表达式。利用以此数学表达式为核心的射流式液动锤数学模型进行计算机模拟仿真分析,得到了与实测曲线较为接近的射流式液动锤前、后腔液体压力变化曲线,表明该模型可以较准确地反映射流式液动锤的内部动力过程。

YSC178A型液动锤射流元件底盖板外壁冲蚀机理

应用CFD动态分析技术,对具有内分流结构的YSC178A型液动锤的速度场进行了研究,分析了不同形状不同尺寸的分流孔对速度场的影响。研究发现:在一定直径的圆柱形分流孔出口处附近存在分流流束附壁现象,且附壁的分流流束特征与冲蚀坑的形状和大小之间有较好的对应关系,表明YSC178A型液动锤射流元件底盖板外壁出现冲蚀坑是由从一定直径的圆柱形分流孔喷出的分流流束附壁冲蚀造成的;分析结果还显示,喇叭形分流孔大大优于圆柱形分流孔,足够长且出口直径较大的喇叭形分流孔,其出口处附近流束附壁现象大幅度减轻以致消失,可以大幅度降低高速射流能量并减弱分流流束对底盖板外壁的冲蚀,避免出现显著冲蚀坑。

液动锤射流元件喷嘴临界流速预测与验证

应用CFD动态分析技术,对SC71B型液动锤内部流场进行了仿真分析,结果表明,其射流元件临界流速为20.305～22.565 m/s,大大低于凭经验预测的40 m/s。为检验这一理论预测结果,对SC71B型液动锤射流元件临界流速进行了实验测定,为21.83 m/s,表明理论预测结果与实测结果高度吻合,证明了基于CFD动态分析的液动锤射流元件临界流速理论预测方法的可行性;同时通过理论分析和实测获得了至今为止液动锤射流元件临界流速的最低值,可为研制油气钻井用低速射流元件驱动控制的液动锤提供重要参考。

泵系统管线局部凸起水锤防护措施的研究

针对舒安泵站供水系统的特点 ,应用水锤基本理论和特征线方法 ,对系统无任何防护措施和加设水锤防护措施的事故停泵水力过渡过程进行了计算机数值模拟 ,对空气阀和单向调压塔两种防管道负压措施进行了比较分析 .计算结果表明 ,在局部凸起点附近加装单向调压塔更能较好地避免液柱分离的发生 .

射流式液动锤回转冲击孕镶金刚石钻头钻进的实践与分析

金刚石本身力学性质、金刚石钻头结构特点及射流式液动锤冲击力特点决定了射流式液动锤带金刚石钻头进行冲击回转钻进是可行的。经射流式液动锤在科学钻探主孔先导孔中的应用实践,证明了由于液动锤冲击动载作用钻头底唇面与岩面微量间隙有规律地变化,改善钻头金刚石颗粒受力状况、碎岩状态,提高钻头金刚石颗粒切入深度,改善胎体磨损状况、钻头冷却,成倍地提高了榴辉岩、片麻岩等坚硬地层中钻进回次进尺、机械钻速及钻头平均寿命。

液气锤有效打击时间与控制方法研究

针对液气锤有效打击时间控制困难的问题,研究了液气锤工作过程的动力学特性,提出了分段时间控制方法。将液气锤的工作过程分成落锤、打击、反弹和回程4个连续阶段,为分析和求解4个阶段的有效时间范围,根据液气锤的工作原理建立了动力学模型和不同阶段的微分方程,利用Matlab对微分方程求解,并建立不同打击高度和能量下4个有效时间范围的样本。利用可编程逻辑控制器,结合有效时间样本,重新设计了液气锤的控制系统并应用于生产。实践证明:该方法简化了液气锤的部分机械结构,提高了操作的安全性,5000余次的锻打,未出现生产故障。

基于CFD的高能射流式液动冲击器活塞与缸体密封特性研究

通过计算流体动力学分析与实验室测试,对SC-86H型高能射流式液动冲击器活塞与缸体密封特性进行研究,分析了活塞密封段长度、环状间隙尺寸、活塞往复运动速度、角速度以及活塞外表面螺旋槽螺距与半径等参数对射流式冲击器前后腔之间泄漏量的影响。结果表明:活塞密封段长度、环状间隙尺寸、角速度以及活塞表面螺旋槽螺距均对射流式液动冲击器性能影响较小;活塞运动速度与泄漏量近似成正比例关系;随着活塞螺旋槽半径的增大,泄漏量会明显增大。活塞回程与冲程初期阶段,活塞运动速度较小,活塞处瞬时泄漏量占进入缸体前后腔流体流量的比例较大,使活塞无法快速加速运动,尤其是当活塞杆直径较大时,回程阶段泄漏量对活塞运动的影响更显著,导致冲击器工作性能大幅下降,甚至无法工作。

基于Ls-dyna的射流式冲击器冲锤结构

基于Ls-dyna显式非线性动力学分析方法,建立"冲锤-钻头-岩石"碰撞模型,对射流式冲击器冲锤结构参数进行研究.分析等速度等质量冲锤与不同种类岩石撞击时,冲锤长度及直径变化对能量传递的影响.结合应力强度分析,探讨射流式冲击器冲锤合理结构.研究结果表明:岩石吸能值随冲锤直径减小单调提升;冲锤长度存在最优值,超过或低于最优值,岩石吸能值均减少;岩石可钻性等级或冲锤冲击末速度越高,冲锤结构改变对碎岩影响越小;最大应力始终出现在钻头尾部,相对面积小的撞击面边沿会出现应力集中,冲锤设计需兼顾钻头许用强度.

液体管道瞬变流摩阻的计算方法

在液体管道瞬变流计算中,传统的拟恒定摩阻模型不能准确描述瞬变流的真实物理现象。多年来人们一直在研究瞬变流摩阻的精确表达式和计算方法。总结了液体管道中瞬变流摩阻的计算方法,着重阐述了瞬变流非恒定摩阻问题的主要研究成果,介绍了几类有重要价值的非恒定摩阻模型及相应的应用范围,并给出了各类模型进行数值计算的思路,最后通过算例验证了非恒定摩阻模型比传统的拟恒定摩阻模型能更精确地模拟液体管道瞬变流压力波的衰减和波形畸变。

基于Ls-Dyna的高能射流式冲击器活塞杆回程应力分析

针对在钻探实践中高能射流式冲击器的活塞杆频繁出现尾部塑性变形严重影响冲击器工作性能和整体寿命的现象,拟对活塞杆进行优化改进。利用非线性动力学仿真软件Ls-Dyna对活塞杆的回程撞击缸体进行数值模拟和优化分析,并进行了室内试验,结果表明:冲击末速度为4 m/s,活塞杆回程撞击缸体强制停止运动瞬间,尾部产生的应力集中值为3 339.28 MPa,导致其破坏;优化改进后,活塞杆上下端直径比为17/16、尾部圆弧直径为60 mm,活塞杆体内的应力集中值为1 419.66 MPa,较改进前活塞杆的应力集中值减小58%。试验验证表明,优化后的活塞能大幅提高使用寿命和耐久性。

活塞冲锤主要参数对射流元件临界流速的影响

应用CFD动态分析技术,以SC71B型射流式液动锤为研究对象,研究了活塞直径、活塞杆直径、活塞冲锤质量和行程对射流式液动锤射流元件临界流速的影响,并进行了实验验证。结果表明:理论预测值与实测值相对误差小于7.5%,精度远高于以往经验估计;射流元件临界流速随着活塞直径的增加而降低,随着活塞杆直径和活塞冲锤质量的增加而升高,与行程大小无关。以SC71B型射流式液动锤为例,为降低射流元件临界流速以减轻冲蚀,应设计40～42 mm的活塞直径、23～26 mm的活塞杆直径和11.2～23.5 kg的活塞冲锤质量。活塞直径增加23.5%时,射流元件临界流速降低了2/3;活塞杆直径增加60%时,射流元件临界流速提高了近4倍;活塞冲锤质量增加5倍时,射流元件临界流速只增加了1倍。