QT1100连续油管钢的抗液固两相流冲蚀性能

采用含砂粒清水混合液(携砂液)对QT1100连续油管钢进行液固两相流冲蚀试验,研究了携砂液冲刷角度(15°,30°,45°,60°,75°,90°)、冲刷速度(2.4,7.2,12.0,16.9 m·s^(−1))、砂质量浓度(15,30,45,60,75 kg·m^(−3))、砂类型(尖角形天然石英砂、近圆形人工陶粒砂)和砂粒径(0.063~0.420 mm)对试验钢抗冲蚀性能的影响,分析了冲蚀损伤机理。结果表明:在试验参数下冲蚀后,试验钢均主要发生机械冲刷磨损,损伤机理均包括微切削和冲击挤压,其中小角度冲刷以微切削为主,大角度冲刷以冲击挤压为主。试验钢的冲蚀速率随着冲刷角度或砂粒径的增大先增大后减小,在45°冲刷角度或者0.15~0.18 mm粒径天然石英砂条件下试验钢的冲蚀损伤最大;冲蚀速率随着冲刷速度增大而增大,随着砂质量浓度增加先增大,当砂质量浓度为60 kg·m^(−3)时减小,随后快速增大;相较于近圆形人工陶粒砂,尖角形天然石英砂的冲蚀速率更大,对试验钢的冲蚀磨损更严重。

压裂双弯头液固两相流冲蚀影响数值分析

在水力压裂过程中,地面高压管汇受管内携砂压裂液的复杂流动影响,长期承受着严峻的冲蚀破坏。在各类高压管汇构件中,弯管的冲蚀损伤最为严重。为改善压裂双弯头冲蚀磨损状况,采用DPM模型、RNG k-ε湍流模型,综合分析了斯托克斯数(St)、重力方向、粒径及流速对串联双弯头冲蚀磨损的影响。结果表明:冲蚀磨损区域主要由St和重力方向共同决定;St<1时,最大冲蚀率随颗粒尺寸增大呈线性增加,St>1时呈指数增长;St相同时,速度对冲蚀磨损程度的影响远比颗粒尺寸强烈;向下流重力方向下,损伤区域随St增加完全转移至第二弯头的临界粒径显著小于向上流临界粒径;重力方向对同向冲击颗粒的冲蚀损伤虽有增强效应,其对冲蚀磨损程度影响远不及颗粒尺寸因素作用大。

液固两相流对高压活动弯头的冲蚀磨损研究

为探究水力压裂作业中各因素对活动弯头的冲蚀磨损规律,基于液固两相流理论,利用FLUENT软件研究压裂液流速、颗粒质量流量、颗粒直径、安装角度、公称直径、连接长度、曲率半径对活动弯头冲蚀速率的影响。结果表明:活动弯头易冲蚀区域主要集中在弯头外侧,其最大冲蚀速率和平均冲蚀速率随流速、颗粒质量流量、颗粒直径的增大而增大,随安装角度、公称直径的增大整体上逐渐减小,安装角度位于90°~180°时,最大冲蚀速率和平均冲蚀速率较小且变化平缓;随曲率半径的增大,最大冲蚀速率整体上先减小后增大,平均冲蚀速率逐渐减小;连接长度对最大冲蚀速率和平均冲蚀速率的影响较小。研究表明,压裂液流速是导致冲蚀速率增加的主要因素,通过合理调整压裂液流速可以大大降低活动弯头的冲蚀磨损。该研究结果可为活动弯头的现场使用、冲蚀防护、结构改进及优化提供参考。

挖泥船输泥管路液固两相流扫描成像实时监测装置研究

挖泥船输泥管路是疏浚吹填施工的重要装置,堵管是管道输送过程中经常遇到的一个问题。电阻层析成像(ERT)技术是一种常见的实时检测技术,被广泛应用于多相流检测,具有非侵入性、可视化等优点。基于ERT技术开发的输泥管路液固两相流扫描成像实时监测装置,能够实时检测输泥管路内泥浆流形,并通过造影获得整个管道断面的泥浆浓度信息,为预防和解决堵管问题提供重要数据。

液固两相流冲洗油管道的冲蚀磨损特性数值模拟及分析

以液固两相流冲洗油管道为研究对象,采用Realizableκ-ε湍流模型、随机轨道模型,结合液固两相流冲蚀磨损试验,建立修正的冲蚀磨损数理模型,数值预测典型工况下冲洗油管道内速度、压力、冲蚀磨损率等流动参数分布情况,分析了冲蚀磨损的形成机制.研究结果表明:受曲率半径影响,冲洗油管道冲蚀磨损速率随曲率半径的增加而减小;由于颗粒惯性及管内二次流影响,弯头中间区域外侧壁面和出口直管段内侧面磨损较为严重,三通管件的最大冲蚀磨损率位于孔口处,数值预测结果与失效解剖案例吻合.本文建立的冲蚀磨损定量预测方法,适用于压力管道的风险评定及寿命预测.

突扩圆管内液固两相流冲刷腐蚀过程的数值模拟

对突扩圆管中液固两相流冲刷腐蚀过程进行了数值模拟研究 .冲刷腐蚀过程的综合模型可以分解为液固两相流动模型、冲刷模型和腐蚀模型 .在欧拉坐标系下求解流体相的雷诺时均守恒方程组来模拟流体流场 ,通过拉格朗日坐标系下的随机轨道模型获得固体颗粒相的运动 ,并考虑了流体相与固体颗粒相之间的双向耦合作用 .数据验证结果表明构建的综合模型基本上是正确可行的 .

一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的研制

针对目前液固两相流冲蚀磨损试验装置存在实际冲角误差大、浆体浓度不均匀等问题,研制了一种旋转式冲蚀磨损试验装置。该装置允许的冲角范围为0°～90°,冲击速度为0～28.5m/s连续可调,利用搅拌叶片和导流槽实现不同冲击速度下浆体浓度的均匀性,具有速度稳定、可同时测试8个不同冲角下的试样、操作方便等特点。对低碳钢在不同冲击速度和冲角下的试验表明,所测得试验数据误差在6.8%以内,冲蚀磨损规律与经典结论一致。因此,该装置有望作为一种准确可靠的冲蚀磨损试验研究新平台而应用于耐冲蚀磨损优化设计和寿命预测等领域。

金属在液固两相流中的冲刷腐蚀

液固两相流体的冲刷腐蚀行为较单相流体更为复杂 ,在相同液相介质的情况下 ,其冲刷腐蚀对材料的破坏程度更为严重。综述了国内外对液固两相流的冲刷腐蚀体系开展的研究 ,对冲刷腐蚀的过程有了进一步的认识 ,对冲刷腐蚀的影响规律和危害性进行了论述 。

盐析液固两相流场的PIV测量方法

利用粒子图像速度场仪(particle image velocimetry,以下简称PIV)测量离心泵叶轮内部伴有盐析的液固两相流场.用图像采集卡将CCD相机拍摄的流动图像实时地传输并存储到计算机中,采用自行开发的液固两相流图像处理及分析软件,先把粒子从背景中分离出来,然后通过算法,根据粒径的大小分离出固相和液相两相流的粒子.经过实际测量研究表明,该方法对硬件的依赖小,测量成本低,是一种测量输送含有盐析晶体的液固两相流动的有效方法.

弯管中液固两相流及壁面碰撞磨损的数值模拟

利用Eulerian-Lagrangian混合模型对弯管内液固两相流在低浓度(初始体积分率为3%～8%)运行时壁面磨损过程进行了数值模拟.计算了流场中湍流速度及压力的分布,并对不同角度弯管壁面处的磨损率进行了预测和比较.模拟结果表明:在弯管为90°时,颗粒分布最为理想,最大磨损率出现在弯管中心角40°～60°的范围内,即该区域固粒对壁面的碰撞频率和强度最大.该结果为弯管内多相流防、除垢技术的工程设计提供了一定的指导作用.

卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析

采用液固两相流的数值模拟方法,针对卧式双轴搅拌器的均质混合,运用FLUENT软件结合非结构化网格划分、Eulerian多相流模型、RNG kε湍流模型及离散相模型,在非稳态条件下数值模拟卧式双轴搅拌槽的速度分布、压力分布、湍流强度及颗粒轨迹线的规律,分析不同工况对均质混合效果的影响,并获得搅拌轴扭矩及流场冲刷磨损率。在此基础上,分析搅拌功率、搅拌效率和叶片冲刷磨损率的变化规律。研究结果表明:搅拌功率随粒径增大而减小,随体积分数的增大而增大,与转速近似线性关系;当转速高时,搅拌效率高,且粒径和颗粒体积分数对搅拌效率影响小;当颗粒体积分数大时,磨损量大;当粒径增大时,磨损率先增大后趋于平稳。

不锈钢与碳钢在液固两相流中冲刷腐蚀特性的研究

研究了不锈钢与碳钢在液固两相流中的冲刷腐蚀特性和冲刷腐蚀交互作用。实验表明 :( 1)提高冲刷速度和浆料温度都大大加剧了材料的损伤和破坏 ,T8钢冲刷腐蚀失重率远大于 18- 8不锈钢。两者均在冲击角度为 4 5°时出现极大值 ,表明冲击角度在 4 5°时 ,对材料产生的损伤强度最大 ,因此在设计管道时应尽量避免 4 5°冲击角结构 ;( 2 ) 18- 8不锈钢以冲刷失重为主 ,T8钢以腐蚀失重为主 ,两者的冲刷腐蚀交互作用失重率占其总失重率的 6 0 %以上 ,表明耐蚀不耐磨的 18- 8不锈钢和耐磨不耐蚀的T8钢在冲刷腐蚀工况中均难以胜任 ;( 3)T8钢的冲刷腐蚀失重率和交互作用失重率均是 18- 8不锈钢的 6倍以上 ,表明在液固两相流冲刷腐蚀工况中 ,材料必须首先具有一定的耐蚀性 ,然后再考虑提高材料的硬度和耐磨性 。

弯管液固两相流冲蚀失效模拟分析

目的分析流体参数、砂粒参数、环境参数对液固两相流弯管冲蚀失效的影响。方法利用FLUENT模拟弯管冲刷腐蚀,分析流速、粒径、砂粒质量流量、操作压力、重力方向对弯管冲蚀的影响。结果管内流速从2 m/s增加到10 m/s,最大冲刷腐蚀速率从8.86×10-8 kg/(m2·s)增加到2.45×10-7kg/(m2·s);颗粒粒径从75μm增加到200μm,再增加到550μm,最大冲蚀速率先从2.04×10-7 kg/(m2·s)减小至1.5×10-7 kg/(m2·s),后增加到2.66×10-7 kg/(m2·s);砂粒流量从0.05 kg/s增加到0.25 kg/s,最大冲蚀速率从8.56×10-8 kg/(m2·s)增加到3.20×10-7 kg/(m2·s);管内操作压力从0.1 MPa增加到0.9 MPa,最大冲蚀速率从1.50×10-7 kg/(m2·s)减少至1.25×10-7 kg/(m2·s);弯头出口由垂直向下位置变化为垂直向上,冲刷腐蚀速率从1.50×10-7 kg/(m2·s)逐渐增加至1.86×10-7 kg/(m2·s)。结论流速与冲刷腐蚀呈正相关关系;随着砂粒直径的增加,最大冲刷腐蚀速率先减小后增加;在一定范围内,最大冲刷腐蚀速率随着砂粒流量增加而增加;管内操作压力的变化对冲蚀减弱现象影响不明显;出口垂直向上时,冲蚀破坏最严重。

双层组合叶轮的搅拌槽对液固两相流的数值模拟

采用液固两相流的方法进行数值模拟,运用Fluent软件,利用多重参考系法(MRF)、Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型进行仿真,分析双层搅拌桨在立式搅拌槽不同工况下槽内的流场流动及搅拌功率特性。结果表明:不同组合叶轮对流场宏观流动特性影响显著,当上下层叶轮结构不同时,混合液的湍动能增强,循环流动增强,混合效果提高,故选择双层上斜下直搅拌桨作为最优桨型。在此基础上分析搅拌功率,转速大搅拌功率大;粒径增大,搅拌功率先减小后增大;颗粒体积分数对搅拌功率影响不明显,对比模拟值与实验值的最大误差为15%。

螺旋管分离器中液固两相流颗粒相分布研究

螺旋管分离器是一种高效低阻的新型液固/气液固分离装置,研究分离器内部相分布特征及影响因素具有重要意义。本文利用Malvern粒度仪和观察窗技术测量了分离器模型中水-砂两相流动的颗粒浓度和粒度分布,并且对具有相似结构和流动参数的平面组合方管液固两相流动进行了数值模拟。研究表明颗粒相分布是离心力、二次流和紊流扩散的综合结果:离心力使颗粒由内弯侧向外弯侧聚集,是实现分离的根本动力,颗粒越大,分离现象越显著;二次流对分离具有双重作用;紊流扩散不利于分离。液速越高,分离效果越好。颗粒平均浓度对浓度分布没有显著影响。

非定常不稳定液固两相流动中旋涡对颗粒运动影响的数值研究

构建起双向耦合的液固两相流动旋涡动力学模型与数值方法 ;应用离散涡方法 ,计算非定常不稳定水流场 ;采用Lagrange方法模拟颗粒运动 ,颗粒对流体的反作用通过修正涡泡运动速度来实现。利用所建模型 ,计算了两种St数的泥沙粒子在圆柱绕流场中的运动。结果证明了液固两相流动中颗粒运动与旋涡存在着明确的相关结构 :( 1 )当水沙混合物中的泥沙颗粒碰上旋涡时 ,泥沙颗粒被卷入旋涡中 ,被卷入旋涡中的泥沙颗粒在运动过程中始终分布于旋涡区 ;( 2 )均匀水沙混合物绕圆柱流动 ,由于流体流过圆柱时产生剧烈分离流动 ,使得在尾迹流内中等St数 (St～o ( 1 ) )的泥沙颗粒从均匀水沙混合物中分离出来而往旋涡区聚集。

油煤浆输送管路弯管部位液固两相流流场的数值模拟与磨损预测

针对煤液化工业中的油煤浆管路,利用Fluent软件对90°弯管分别取3种不同管径、8种弯径比,进行了液固两相流流场的数值模拟,得到湍流状态下管内流体的速度分布.通过二次开发将磨损模型嵌入到Fluent软件中,实现了对弯管部位的磨损预测.数值计算结果表明:弯管与出口直管连接区磨损较为严重;同一管径的弯管,最大磨损速率随着弯径比的增大而减小;相同弯径比的弯管,磨损速率随着管径的增大而减小.不同管径弯管合理的弯径比不同,管径越小,合理的弯径比越大.

液固两相流盲三通冲蚀特性数值分析

盲三通内特殊的"气垫"结构可以在节省空间的同时提升管道的抗冲蚀性能。为了分析液固两相流环境下弯管和盲三通内的流场分布,并对比其抗冲蚀性能,分析冲蚀机理,运用CFD-DPM方法对相同直径弯管和盲三通内的流场进行了数值计算。通过对几何模型进行网格无关性验证来确定最佳的网格数量,选用Realizable k-ε湍流模型、McLaury冲蚀预测模型和Forder壁面反弹恢复模型来计算冲蚀速率。分析结果显示:盲三通的最大冲蚀速率明显低于弯管;弯管的主要冲蚀部位位于中心区域的外侧壁面,盲三通的冲蚀区域主要位于相贯线附近和出料管底部;在盲三通内存在缓冲涡,可以阻止固体颗粒对壁面的直接撞击,从而减轻对管道的冲蚀;随着流体流速的增加,冲蚀逐渐加重,且流速较高时,冲蚀速率增加幅度越大;随着颗粒质量流量的增加,冲蚀速率呈线性增加,增长斜率随长径比的增大而减小。所得结果对于管道的设计选用及长周期安全运营有一定的参考价值。

基于PIV法的管内插螺旋液固两相流流场特征

为探究管内插螺旋与液固两相流复合技术对流场与传热的影响机理,采用粒子图像处理技术(PIV)实验研究管内流体的涡量场及速度场分布规律。对比实验结果表明:内插螺旋液固两相流使流体呈螺旋流动,且增大流体的运动强度。在雷诺数Re=26400~33000,总平均涡量比光管增大21.4%~35.8%;径向速度呈正负波动分布,平均径向速度为光管的6.5~19.8倍,径向速度波动为光管的51~609倍;轴向速度沿壁面向管中心递增,轴向速度波动比光管增大41.5%~60.6%;平均湍动能比光管增大162.7%~254.6%,因此内插螺旋液固两相流复合技术更有利于传热。

液固两相流声发射检测系统设计及实验评价

液固两相流参数实时测量对生产过程控制和可靠运行具有重要意义。针对现有液固体系中检测固相颗粒方法缺陷,研制开发液固两相流声发射检测系统,并进行室内评价试验。该系统利用自行设计的声发射检测仪表采集液固两相流中砂粒的声发射信号,编写专用计算机处理软件,在实验室条件下提取不同砂粒粒度和浓度的声发射信号特征。结果表明,砂粒粒度和浓度均与功率谱幅值有良好的相关性,该系统能有效检测浓度达0.2%以上及粒度100目以上的砂粒。