换热管内插螺旋阻垢性能及污垢微观特征

为研究管内插螺旋阻垢性能及阻垢机理,实验研究了不同流速下换热管内插三种螺旋对污垢热阻、总传热系数的影响,同时从微观角度,对污垢粒径、孔隙率进行量化表征得到污垢微观结构分布规律。结果表明：在实验条件范围内,随流速增大内插螺旋污垢热阻渐进值最大降幅为63%,传热系数稳定值较未结垢时均降低20%以上,且节距为20 mm的内插螺旋具有最好的除垢性能;污垢从近壁面区到表面区粒径、孔隙率逐渐升高,污垢层间具有明显晶型过渡特征;污垢层表面区与过渡区孔隙率随流速增大进一步增大,内插螺旋流场特征改变污垢内部结构是阻垢性能出现差异的根本原因。     

利用WBE及EIS测试技术对管道缺陷区动态冲刷腐蚀行为的研究

油气管道内缺陷的存在会使油气输运过程中出现局部区域流体急剧变化,导致管道腐蚀失效。本文通过微电极阵列测试技术(WBE)以及宏观电化学测试技术(EIS)研究管道缺陷处的冲刷腐蚀行为,以COMSOL Multiphysics中的流体力学模块辅助分析缺陷不同区域在流动状态下的腐蚀机制。结果表明,缺陷不同区域之间的流场变化导致腐蚀差异性,紧邻缺陷的上缘与下缘区域承受较大的湍流动能及壁面剪切力表现为阳极,腐蚀较为严重;缺陷底层区域以及远离缺陷两侧的区域由于湍流动能较小而边界层厚度大,离子传质作用较弱,表现为阴极,缺陷底层区域相比于缺陷上下缘区腐蚀进行缓慢。随着流动腐蚀时间的延长,缺陷上下缘区域腐蚀更为严重,缺陷整体有沿深度方向扩展加深的趋势。     

换热器换热管内插螺旋流态化传热及除防垢的影响因素

通过内插螺旋方法使换热器换热管内流体产生螺旋流,实验研究了管内螺旋流/螺旋流态化的颗粒直径、颗粒浓度、螺旋结构参数及温差对强化传热及除垢、防垢性能的影响. 结果表明,在实验范围内,换热器换热管内螺旋流态化比螺旋流的传热系数提高15%~20%;颗粒直径5 mm比3 mm的传热系数提高5.4%;颗粒浓度15%(j)比5%(j)传热系数提高15.3%;外径螺旋30 mm比20 mm传热系数提高7.7%;螺距20 mm比60 mm传热系数提高11.1%. 随时间连续运行,管内螺旋流态化的传热系数下降幅度远小于螺旋流,表明管内螺旋流态化具有较好的除垢防垢效果. 传热温差变化对螺旋流态化强化传热及除垢、防垢性能影响较小.     

高剪切力流场下X80管线钢局部腐蚀深坑诱导局部湍流交互机理研究

天然气管道内表面局部腐蚀缺陷会诱发局部流场突变影响局部腐蚀进程,利用高剪切力的冲刷腐蚀实验装置进行流动状态下的电化学腐蚀在线测试,研究了局部腐蚀深坑对局部腐蚀进程的影响。试样在冲刷腐蚀过程中的界面腐蚀电化学信号通过电化学阻抗谱进行分析,腐蚀产物膜的成分及特征通过扫描电子显微镜（SEM）、能量衍射谱图（EDS）以及X射线衍射（XRD）表征,并结合计算流体力学（CFD）分析了流场参数对腐蚀传质过程的影响。结果表明,表面缺陷会诱导局部位置流场发生变化,增强局部位置的传质作用,缺陷表面腐蚀产物也因此随着流速的变化而呈现不同的微观形态。在较高强度流场下,局部增强的壁面剪切力会剥离部分致密腐蚀产物膜,导致测试表面形成大阴极小阳极的电化学分布,促进局部位置的腐蚀进程,从而加速局部腐蚀发生。     

立式缩放管内液固颗粒群浓度分布与汇聚特性

为分析颗粒群在立式缩放管内的运动规律,基于计算流体力学-离散单元（CFD-DEM）耦合方法模拟研究缩放比γ、肋高e和颗粒进口浓度α对管内颗粒群浓度分布与汇聚特性的影响。结果表明：在研究参数范围内,颗粒群的轴向浓度分布较为均匀,管下部颗粒滞留相对较多;颗粒群径向相对浓度遵循管中心区域浓度低,近壁面颗粒相对浓度较高的规律;肋高e=1.0mm的缩放管在颗粒进口浓度α≤2%时,管壁附近颗粒浓度最高。在管段中上部颗粒运动相对稳定阶段,在肋高e=2.0mm与缩放比γ≤1.0、颗粒进口浓度α≥3%工况下,颗粒群易出现汇聚现象。