基于数值模拟的盲三通流场计算与局部阻力系数影响因素初探

盲三通作为管网输配系统不可或缺的核心部件,对管道稳定运行具有重要的意义。利用Solidworks 2019软件、Fluent软件建立模型并进行三维流场计算,结合正交分析试验、SPSS软件讨论盲三通局部阻力系数各影响因子的显著性强弱,构建各影响因子与局部阻力系数经验公式,提出最佳流道结构模型。结果表明,局部阻力损失系数ζ随着雷诺数Re、支管直径d的增大呈二次多项式减小,随着支管夹角θ的增大呈二次多项式增大,随着盲端长度L3的增大呈线性减小;利用多元非线性回归总结了盲三通局部阻力系数拟合关联式;支管近右壁处流体流速增大,分岔口及支管处湍动能分布较为剧烈;在模拟范围内,各影响因素对局部阻力损失系数ζ的影响显著性强弱为:雷诺数>夹角>支管管径>盲端长度;雷诺数为6.4×10^(5)、夹角为π/6、盲端长度为4.0D、支管直径为0.9D,局部阻力损失系数最小,研究结果可为盲三通结构设计以及工程应用提供理论依据。

基于CFD的盲三通流动与换热影响因素分析

该文研究盲三通的流动与传热特性,利用Solidworks建立盲三通三维物理模型,运用CFD软件对盲三通流动与换热进行数值计算,探讨雷诺数、夹角、盲端长度以及支管直径对盲三通流动与换热的影响,并结合正交试验分析各影响因素的显著性强弱。努塞尔数Nu、压降Δp随着雷诺数Re、夹角θ的增大而增大,随着盲端长度L_(3)、支管直径d的增大而减小;阻力系数f随着雷诺数Re、盲端长度L_(3)、支管直径d的增大而减小,随着夹角θ的增大而增大。支管近右壁处流体流速增大,入口主管段区域温度梯度分布不明显;利用多元非线性拟合给出盲三通流动与换热准则关联式;各因素对阻力系数f的显著性强弱为:支管管径D>夹角B>雷诺数A>盲端长度C;对努塞尔数Nu和压降Δp的显著性强弱为:雷诺数A>支管管径D>夹角B>盲端长度C。盲三通压降的最优组合为A_(1)B_(5)C_(5)D_(5),阻力系数最优组合为A_(3)B_(1)C_(3)D_(5),努塞尔数最优组合为A_(5)B_(3)C_(2)D_(1)。研究结果可为盲三通设计与优化提供基础依据。

气力输送中盲三通冲蚀数值分析

盲三通与常规的弯管相比,可有效提升抗冲蚀性能,适用于气力输送设备。文中使用Fluent软件对垂直-水平管道之间的盲三通进行了冲蚀仿真模拟,分析了盲三通内冲蚀严重的位置,以及砂粒粒径和带堵头段长度与管内径比例(L/D)对最大冲蚀速率的影响。仿真结果表明,盲三通堵头处和上部拐角处冲蚀情况较为严重。在砂粒质量流量相同的条件下,随着砂粒粒径从0.6 mm降至0.2 mm,盲三通堵头和上部拐角处最大冲蚀速率明显升高,增长幅值约为100%。随着L/D从1增大到3,堵头处最大冲蚀速率明显降低,幅值约40%。上部拐角处先降低、后上升但变化不明显,在L/D=2时最小,变化幅值约17%。仿真结果可对盲三通的结构设计与寿命预估提供一定的参考。

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。

含砂气流冲蚀下盲三通的减磨特性数值分析

为了分析含砂气流环境下传统90°弯管和盲三通内的流场分布,揭示冲蚀机理,并对比分析盲三通的抗冲蚀减磨能力,基于计算流体力学—颗粒离散(Computational Fluid Dynamics-Discrete Phase Model, CFD-DPM)方法,选用重整化群(Re-normalization group, RNG)k-ε湍流模型、挪威船级社(Det Norske Veritas, DNV)冲蚀预测模型以及颗粒—壁面碰撞反弹模型对相同操作参数的两管流场变化和壁面冲蚀速率进行数值计算。结果表明:90°弯管的严重冲蚀磨损区域主要分布在弯头外侧壁中心线附近,盲三通的严重冲蚀磨损区域分布在靠近盲段的竖直管段壁面和盲端圆壁上;盲三通在冲蚀过程中存在气流涡旋,阻碍了砂粒直接与壁面发生碰撞,减缓了对盲三通的冲蚀;随着流速、砂粒粒径和砂粒质量流量的增大,两管的最大冲蚀速率增大,盲三通的最大冲蚀速率增幅较小,因此盲三通比90°弯管的抗冲蚀减磨能力更好。研究结果可为集输站输气管汇的安全运行提供理论指导。