盲通管与直弯管的内壁液固双相流冲蚀数值模拟初探

针对管道在流体流向急剧改变处受到的冲刷腐蚀问题,采用离散相DPM(Discrete Phase Model)模型,利用FLUENT软件对盲通管和直弯管进行分析仿真。通过改变入口速度、质量流量、固体颗粒大小、直弯管弯曲半径及盲通管的不同堵头长度和管径来探究每个因素对冲蚀速率的影响。结果表明:在其他条件相同情况下,盲通管和直弯管的最大冲蚀率随入口速度的增长呈现指数上升的趋势;随着固相颗粒直径增加,直弯管的最大冲蚀率呈线性增加,盲通管最大冲蚀率在颗粒直径为250~400μm呈平缓趋势,在小于250μm和大于400μm的范围内线性增长;随着直弯管弯曲半径的增大,直弯管的最大冲蚀率线性减小;通过改变盲通管的堵头长度发现盲通管堵头的长度变化不会对冲蚀率的大小产生明显影响,但盲通管的冲蚀速率会随着盲通管管径变大而减小,冲蚀区域随着管径的变大而减小且位置逐渐向管道上端移动。数值模拟的研究结果可为优化管道铺设提供相应的理论依据。

空间Z形管路液-固两相流冲蚀特性分析

空间Z形管路是油气开采过程典型的结构形式,在工程作业中受到高压高速液-固两相流的作用,容易导致管路系统产生冲蚀磨损失效。基于液-固两相流冲蚀磨损理论,选取合适的冲蚀磨损理论模型,讨论了流速、颗粒直径、质量流量、黏度以及重力等不同流体参数对管路系统弯头处的冲蚀磨损情况。结果表明:管路弯头处的冲蚀区域受内流场的影响存在明显差异,出口端弯头处的最大冲蚀率大于进口端弯管端。流速、颗粒直径、质量流量与整体管路最大冲蚀率呈正相关关系,黏度与整体管路最大冲蚀率呈负相关关系。分析了不同工况下空间Z形管路的冲蚀特性,获得了流体参数对管路冲蚀的影响规律,为工程实际复杂管路系统冲蚀磨损寿命预测提供技术参考。

文丘里管冲刷腐蚀数值模拟

目的预防液固两相流冲刷腐蚀对管道内表面性能的影响,特别是在发生冲刷腐蚀可能性较大的变径管处。方法基于计算流体力学和流固耦合原理,通过CFD中流固耦合技术,利用标准k-?涡流进行数值分析与离散相模型(DPM)进行流场分析。探究冲蚀角度、流体速度、固体颗粒粒径、颗粒质量流量对文丘里管冲刷腐蚀行为的影响规律,预测变径管处发生冲刷腐蚀行为的位置及严重程度。结果文丘里管收缩角度从10°增加至70°时,最大冲蚀率先增加到3.82?10^(-5 )kg/(m^2?s),而在45°降到最小,后再次增加至6.23?10^(-5 )kg/(m^2?s);入口流速从8 m/s增加至20 m/s时,最大冲蚀率从9.44?10^(-7 )kg/(m^2?s)增加到5.09?10^(-6 )kg/(m^2?s);冲刷固体颗粒粒径从6.25μm增加至300μm时,最大冲蚀率从8.32?10^(-7 )kg/(m^2?s)减小7.64?10^(-8 )kg/(m^2?s);质量流量从0.002 kg/s增加到0.008 kg/s时,最大冲蚀率从8.41?10^(-8 )kg/(m^2?s)增加到4.21?10^(-7 )kg/(m^2?s)。结论冲刷腐蚀行为随着冲蚀角度增大,先增强后减弱,再增强;随流速增大而显著增强;随着粒径增大而逐渐减弱;随着质量流量的增大而增强。在文丘里管的收缩段(节流区)最易发生冲刷腐蚀行为,且管道下半部冲刷腐蚀行为更严重。应采用收缩角为45°的文丘里管、控制流体速度、减少小粒径颗粒及降低质量流量,来抑制冲刷腐蚀行为。

气固两相流管道冲蚀规律研究

冲蚀是造成管壁减薄和穿孔的重要原因之一,为此采用FLUENT软件建立了气固两相流管道冲蚀模型。通过模拟计算,明确了气固两相流管道受冲蚀最严重部位,分析了气固两相流管道最大冲蚀率和颗粒沉积密度随气体流量、固体量和压力的变化规律,并针对管道冲蚀最严重部位提出了结构优化措施。结果表明:1)阀后弯管是冲蚀最严重部位。2)最大冲蚀率和颗粒沉积密度随气体流量、固体量和调节阀开度的变化规律分别是,随着气体流量增加,最大冲蚀速率增大,颗粒沉积密度减小;随着压力升高,最大冲蚀速率减小,颗粒沉积密度增大;随着固体量增加,最大冲蚀速率增大,颗粒沉积密度增大。3)将阀后弯管改为盲三通结构可有效降低管道冲蚀率。

π型管的冲刷腐蚀数值模拟

目的基于液固两相流体在管道流输的情况,研究π型管在不同影响因素作用下的冲刷腐蚀程度。方法目前对π型管的研究尚少,因此确定模型为π型管。针对输气管道中π型管冲蚀磨损失效的问题,运用Ansys fluent软件中的DPM模型和k-ε模型,针对通入气液两相流介质时,液体中颗粒冲击π型管壁面的问题开展数值模拟研究。运用控制变量(管道进口流速、颗粒质量流量、颗粒直径)的方法,观察不同参数对π型管磨损的影响情况。结果π型管存在A、B两处腐蚀。在一定范围内增加π型管的入口流速,整体最大冲蚀率也发生明显改变,且逐渐递增。在一定范围内增加π型管内固体颗粒粒径,整体最大冲蚀率也发生明显改变,且逐渐减少。在一定范围内增加π型管的质量流量,整体最大冲蚀率也发生明显改变,且逐渐递增。结论A处的腐蚀范围大于B处的腐蚀范围。整体的最大冲蚀率随着流速的增大而增大。速度越大,流体的曳力越强,对腐蚀程度造成的影响越大。整体的最大冲蚀率随着质量流量的增大而增大。速度增长与最大腐蚀率近似可以看成线性增长,存在正相关关系。改变几组不同粒径颗粒的质量流量,观察整体最大冲蚀率与质量流量近似成线性相关,存在正相关关系。整体的最大冲蚀率随着颗粒直径的减少而逐渐减弱。颗粒直径越小,流体所携带的颗粒能力越强,造成的腐蚀程度越强。通过对比分析不同参数腐蚀程度,从而预测出冲蚀最容易发生腐蚀的位置为A、B两个弯头处。

基于Fluent有限元模拟的连续弯管冲蚀特性研究

基于流体动力学(CFD)数值模拟分析方法建立连续弯管的有限元模型,分析讨论了液体流速和颗粒粒径对连续弯管冲蚀磨损的影响规律。研究结果表明,液体流速对连续弯管的冲蚀磨损影响显著,管壁的最大冲蚀率和平均冲蚀率均与流速呈指数增长关系。随着粒径的不断增加,连续弯管的主要冲蚀区域由上弯管外拱逐渐向下弯管壁面的外侧转移,平均冲蚀率先减小后趋于稳定,而最大冲蚀速率呈先减小后增大的变化趋势,且当颗粒粒径为0.2 mm时最大冲蚀率最小,其值为2.95×10-5 kg/(m^(2)·s)。

石油化工管道弯头冲蚀磨损数值模拟

针对油气管道运输系统存在的固液两相流对管道弯头的冲蚀破坏问题,采用CFD软件Fluent中的DPM和k-ε模型模拟多相流冲蚀现象。分析弯头内流场压力流速分布和颗粒运动轨迹,找出弯头最大冲蚀率与冲蚀位置分布规律。研究表明:在弯头内45°外侧壁面区域流场压强最大;弯头内流体流速在弯头内侧45°近壁区域达到最大值,其附近有二次回流现象。弯头冲蚀率最大值出现在弯头外侧壁面40°~50°之间,且随着流体入口速度和颗粒直径的增大而增大。

基于ANSYS异型号三通管接头流体分析

为分析不同接头的三通的冲蚀磨损情况,以某公司生产的4种不同接口形状的液压三通管接头为对象,利用有限元分析软件对4种型号的三通管接头模型进行冲蚀分析,对比了不同型号的三通管接头的冲蚀磨损影响,得到最大冲蚀率最小情况下的一种,为后续三通管接头的选用研究提供参考价值。结果表明,其中D型三通管接头的最大冲蚀率相较于其他三种型号的较高,A、C、H型这3种三通管接头的最大冲蚀率无较大区别,其中H型的最大冲蚀率较低,达3.51×10^(-3) kg·m^(-2)·s^(-1)。