管道气液两相严重段塞流的数值模拟与分析

为了研究管道系统严重段塞流的瞬态特性,以下倾管-立管系统为建模对象,建立了气液两相严重段塞流的一维数值模型。该模型基于分层流理论和分相流理论,分别对严重段塞流的四个阶段(液塞形成、液塞流出、液气喷发和液体回流)进行理论建模。模型的仿真结果与文献中的实验数据相对误差在10%以内,验证了该理论模型的有效性。在此基础上,对严重段塞流现象进行了数值仿真,并分析了气液折算速度对严重段塞流瞬态特性的影响。结果表明:下倾管-立管系统严重段塞流现象具有明显的周期特性,并且周期随着气相折算速度的增大而减小;立管底部压力波动幅值随着气相折算速度的增大而增大。研究结果可为管路系统的设计和振动预防提供参考。

气液段塞流气弹区相界面结构理论研究

根据气液段塞流气弹区相界面结构特征将气弹分为气弹头、气弹体、水跃面和气弹尾四部分,并根据各自的流动和界面结构特征分别进行模化,建立了描述不同倾角的圆管内气液段塞流气弹区相界面结构的一维理论模型。该模型的计算结果表明气液混合Froude数、管道倾角和气弹长度显著影响气液段塞流气弹区相界面结构,计算与实验结果吻合良好。

管道倾角和壁面粗糙度对高速运动液体段塞脱落率影响的数值模拟研究

当对复杂地形条件下的输水管道系统进行维护时,流体会在低洼处汇集形成液体段塞。系统重启时,在上游驱动压力作用下,段塞将不断被加速。受到诸如管道倾角、壁面粗糙度等因素的影响,液体会从高速运动的段塞中脱落,导致段塞质量和长度发生变化。针对高压气体作用下管道内单个高速运动段塞的质量脱落问题,采用VOF两相流技术,通过三维CFD数值模拟试验,绘制了不同工况下液体段塞脱落长度与运动距离之间的关系曲线,研究了管道倾角以及壁面粗糙度对液体段塞脱落率的影响。结果表明:不同管道倾角下,液体段塞脱落率为一常数;随管壁粗糙度的增大,液体段塞脱落率以幂指数形式增大,直至逼近于某一常数。此外,从液体脱落的角度解释了段塞运动距离超过6倍段塞初始长度时,段塞会因全部液体脱落而发生破碎的现象。研究成果可为复杂地形条件下输水管道的系统设计提供理论指导。

海洋L形立管系统底部连续气举水力模型

为了研究海洋L形立管系统底部连续气举水力模型,基于立管底部连续注气条件,分析L形立管系统内可能发生的两相流动过程,建立了针对下倾管-立管系统严重段塞流工况下立管底部连续气举的一维准稳态数值模型。该模型能对有回落循环过程、无回落循环过程、非稳态震荡过程及稳态两相流动过程的相关参数进行数值模拟,从而得到不同流动类型特征参数随时间变化的规律,且模拟结果与第3方实验数据吻合较好。与Jansen模型相比,该模型的适用性和稳定性更强。基于模型模拟结果和实验数据,分析了注气量对立管底部连续气举效果的影响,以期对海洋立管系统安全稳定流动提供借鉴。(图8,表3,参27)