催化裂化油浆管道冲蚀损伤预测方法研究

以催化裂化油浆泵出口管道为研究对象,基于高温硫腐蚀和催化剂冲刷磨损机理分析,构建了一种适用于腐蚀、冲刷共同存在环境下的管道冲蚀损伤特性数值模拟预测方法,将流体流动、物质传递、化学反应和固体粒子追踪等多物理场模型耦合,获得流动参数、腐蚀介质浓度、催化剂碰撞角度分布,采用冲刷磨损速率、腐蚀减薄速率和表面减薄速率分别对冲刷、腐蚀和二者协同作用进行定量表征,并通过动态旋转挂片试验验证了数值模拟结果。结果表明：较大的压力、紊乱的流态能够驱动颗粒不规则运动,产生较大的冲刷磨损风险,也使管道近壁面的腐蚀介质分布不均匀,泵出口和水平直管段前端腐蚀介质浓度相对较高;在腐蚀-磨蚀协同作用下,管道壁面减薄速率平均值为0.46 mm/a,最大减薄速率可达0.55 mm/a;模型预测的损伤程度和减薄速率与实验结果基本吻合,研究成果可为管道损伤监测和寿命预测提供支持。     

气举油管材料冲刷腐蚀的因素研究

在气液两相流状态下,利用XRD分析、扫描电镜、能谱分析等表面分析及腐蚀试验方法研究了温度、冲击速度、腐蚀时间、冲击压力以及冲刷的液体介质对气井油管腐蚀沟槽的形成原因及特点.研究表明,两相流状态的冲蚀磨损主要是以剥落为主,通过基体表面的片层剥落而形成腐蚀坑.通过模拟油田气举井采油的防腐蚀工艺并根据实验过后的钢试样表面形貌特点,优选出了最佳的抗冲刷腐蚀涂层.     

水煤浆气化灰水管线弯头穿孔原因分析与对策

水煤浆气化装置中灰水系统的管道弯头处经常出现腐蚀穿孔问题,给装置的正常运行带来不利影响。固相的冲刷腐蚀和液相的电化学腐蚀的耦合加速了弯头的穿孔。通过对1D,1.5D,3D和5D的90°管道弯头进行模拟计算,结果表明,在同等条件下随着弯头曲率半径的增大,固体颗粒的随流性也在增强,其冲刷腐蚀率逐渐减小,磨蚀面积逐渐增大,弯头使用寿命逐渐延长,1D弯头的冲刷腐蚀速率约是5D弯头的2.4倍。根据分析结果从材料选择、管道布置、工艺系统设计和监测管理等方面提出了解决方法。     

流体力学因素对液固两相流冲刷腐蚀的影响

液固两相流体的冲刷腐蚀行为比较复杂,影响因素也较多。本文分析了流体力学因素对冲刷腐蚀的影响机制。并应用计算流体动力学(CFD)软件对流速、流动剪切应力以及近壁处的湍流强度等流体力学参数在冲蚀过程中的实际情况进行了数值模拟。     

液-固两相流热交换器内的防除垢研究

为了脱除附着在换热管壁面的污垢,研究了换热管中污垢剥除所需的碰撞次数,探讨了液-固两相流污垢剥除所需的时间。基于液-固两相流固体颗粒与污垢层多次碰撞对防除垢的作用,建立了液-固两相流防除垢模型,采用EDEM-FLUENT耦合,模拟计算换热管内非稳态液-固两相流动,探索换热管内固体颗粒的分布情况和碰撞分布。结果表明,颗粒在换热管中分布较为均匀;污垢被剥除需要经过多次碰撞,碰撞次数随循环流速的增大而减少,随固体颗粒粒径的增大而增加,与固体颗粒的体积分数基本无关,在最佳防除垢状态下需要经过5～8次的碰撞;适当增加循环流速和固体颗粒体积分数,同时减小颗粒的粒径可以加快污垢的剥除速度。     

液固环流反应器结构特性对固体流动的影响

在不同的导流筒直径、喷嘴直径和喷嘴位置对液固环流反应器中固体流动行为进行考察。实验结果表明,导流筒直径增加时,固体流速减小。固体相含率先增加后减少,对固体相含率而言,当导流筒直径与反应器直径之比为0 5时,固体相含率最大;喷嘴直径增加时,固体流速和固体相含率都降低;随着喷嘴高度由低到高,固体流速增加,而固体相含率降低。     

颗粒对离心泵过流部件磨损的影响

基于Fluent商用软件,采用标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型、SIMPLE算法对固液两相流离心泵过流部件的三维固液两相流场进行数值计算,获得了不同颗粒直径、不同浓度下叶轮中截面和压水室中截面固相体积分数分布,计算分析了固体颗粒对离心泵叶轮和压水室磨损的影响。研究结果表明:颗粒直径对叶轮内固相浓度分布和运动规律影响较大,颗粒直径越大,颗粒易偏向于叶轮的工作面,导致叶轮工作面的切削磨损,且磨损主要发生在叶轮进口处和叶轮的出口段;颗粒体积浓度对颗粒的分布略有影响。压水室内的固相体积分数分布随颗粒直径和初始固相浓度的增大不断增大,在惯性力的作用下颗粒与液相在压水室发生分离,导致固相浓度的分布不均匀,对压水室壁面造成一定的磨损。     

流动腐蚀及其研究进展

流动腐蚀是引起腐蚀破坏的重要原因。文章综述了流动腐蚀的分类,认为流速、流态、攻角以及固液流动中固体颗粒的性质是引起流动腐蚀的主要因素,而流动限制在临界流速以下能有效抑制流动腐蚀。最后提出实验研究和数值相结合是研究流动腐蚀的有效方法。     

流动腐蚀及其研究进展

流动腐蚀是引起腐蚀破坏的重要原因。文章综述了流动腐蚀的分类，认为流速、流态、攻角以及固液流动中固体颗粒的性质是引起流动腐蚀的主要因素，而流动限制在临界流速以下能有效抑制流动腐蚀。最后提出实验研究和数值相结合是研究流动腐蚀的有效方法。     

液固两相同心环空流动数值模拟

应用液-固两相流理论,利用PHOENICS软件的IPSA解法对环形空间中液-固两相流动的特性进行了数值模拟计算,并用ORIGIN软件对计算数据作了进一步处理,分析了同心环空中液-固两相流紊流的轴向速度分布、固相颗粒沿径向的浓度分布、颗粒直径对滑落速度的影响、固相浓度对滑落速度的影响,得出了一系列关于液-固两相环空流动的规律。     

Heat Transfer in Turbulent Liquid-solid Flow Considering the Interparticle Collision Effect

Abstract

A turbulent liquid-solid suspension upward flow in a vertical pipe is simulated numerically using the Eulerian-Lagrangian approach. Particle-particle and particle-wall collisions are simulated based on the deterministic approach. The model considers the thermal turbulent field characteristics and includes k _θ-τ_θ equation model, in addition to the k-τ model for two-phase flow. Numerical model validation was performed for an upward pipe liquid-solid flow with constant wall heat flux. Variations of the heat transfer coefficient by the loading ratio, the particle density, and the particle diameter are studied. It is observed that particle to liquid density has a dominant effect on turbulence and heat transfer characteristics.     

喷油嘴内部空穴流动模拟计算分析。

利用多相流空穴模型对喷油嘴稳定喷射时喷孔内的空穴流动现象进行了三维数值模拟,分析了空穴在喷油嘴内的形成机理及其分布情况,,基于此模型进一步研究了喷油压力、背压及喷孔人口圆角半径与喷孔k系数对喷孔内部空穴分布的影响。通过模拟计算可知,喷射压力降低和背压增加、增大喷孔入口圆角半径及喷孔k系数后,喷孔内空穴将减小。     

深水气井测试温压场耦合模型求解及实现

为求解深水气井测试温压场耦合模型，需优选气液两相流动模型，结合两相嘴流模型、两相持液率公式、两相产能方程，建立关于时间和空间的非稳态压降与传热模型差分方程组，并采用Newton Raphson方法计算，实现对开井放喷瞬态过程的模拟。结果表明：①该方法真实再现了放喷过程中液位上升和地层产气等2个阶段；②预测井口参数与现场工况吻合，井口压力、温度平均误差小于5%，满足工程精度要求；③模拟结果再现了井筒内诱喷液及测试完井液动态过程，为合理制定测试设计提供依据；④高产能深水气井测试期间，应采用较大尺寸管柱及油嘴放喷，提高清井速度，防止冰堵。算例分析结果表明数学模型真实反映了深水气井测试放喷过程。该研究成果对深水气井测试方案设计及后续跟踪评价具有指导意义。     

还注采舌进图一个理论基础

运用平面稳态流速场运动学通式,经过＂求逆,求导,求积＂3步运算,获得了无限大等厚均质水平地层内等流量一注一采两口铅垂井激发的渗流场内流体质点的运动学方程。根据所得方程,首次从理论上成功地绘制了注采舌进图,填补了现行油气渗流力学教科书中的理论空白。该通式还可用于求解铅垂井群或裂缝群注采相关的运动学问题,因而可作为水驱油技术的重要理论基础。     

牙轮-PDC复合钻头井底流场CFD模拟研究

牙轮-PDC复合钻头是对硬地层采用碾压与刮切相结合破岩的一种新型钻头,随着其结构形式及破岩方法的改变,需要对其井底流场进行研究并提出新的水力结构设计。运用计算流体动力学理论,采用标准κ-ε模型以及封闭N-S湍流方程对某型复合钻头的井底流场进行了数值模拟计算,并分析了井底压力及流速、PDC刀翼齿面和牙轮体表面流速。研究结果表明,复合钻头设计原型的水力结构存在一定缺陷,可通过合理设计钻头体中心位置结构、调整中心喷嘴射流角度以及调整2个边喷嘴的设计来加以改进。     

固定床反应器内构件-喷射型分配器的结构优化

采用欧拉两相流模型和标准的k-ε湍流模型,对一种喷射型分配器进行了数值模拟,在此基础上探讨了气相入口结构、液相入口数量、出口喷嘴直径等对分配器不均匀度和压力降等性能的影响,进而优化了分配器结构.研究结果表明,改进型分配器气相入口形式为朝向同侧的2孔,液相入口个数为4个,出口喷嘴直径为12 mm,分配器下方200 mm的...     

循环流速对环管反应器内液-固二相流动影响的CFD模拟

以聚丙烯工艺中的环管反应器(包括环管与轴流泵)为研究对象,首先通过CAD软件绘出该反应器的三维模型,然后在Gambit软件中划分该系统的网格。在此基础上,建立了环管反应器内液-固两相的"颗粒动力学-欧拉双流体"模型。其中,采用颗粒动力学描述固相(颗粒相)黏度与压力,采用多重坐标系模型描述轴流泵。采用上述模型模拟了循环流速对环管反应器内液-固两相流动行为的影响。结果表明,高循环流速有助于颗粒在环管"直管"部分均匀分布,但将造成颗粒在环管"弯管"部分不均匀分布。     

旋流对二氧化碳超声速凝结特性的影响

为了研究旋流对超声速喷管中CO₂凝结特性的影响,基于气-液两相流动控制方程、凝结模型和CO₂表面张力模型,建立了CO₂-CH₄二元混合气体旋流凝结流动的数学模型,模拟了CO₂在超声速喷管中的旋流凝结过程。数值结果表明：在旋流流动过程中,CO₂凝结成核过程中释放大量潜热传递给周围介质,使过冷度迅速下降,气体重新达到平衡状态,此时气体过冷度依然大于0,为液滴的生长创造了良好的环境。强旋流和壁面边界层的存在导致凝结参数沿喷管径向分布不均匀,并且增加旋流强度会增大液滴碰撞几率和喷管液化效率,但旋流强度增大同样会限制气体膨胀特性和喷管过流能力。     

蜡沉积对凝析气田开发动态和生产的影响

由于蜡的沉积和运移使凝析气-液流动更加复杂化，而相变特性会导致储层内油气饱和度的变化，蜡沉积在多孔介质表面引起孔隙性质改变，气、液、固在储集层中的微观空间分布会影响凝析气的流动特征。在蜡沉积变相态渗流实验和凝析气液渗流理论的研究基础上，引入气液固PVT相态模型、蜡沉积数学模型和考虑蜡沉积对渗透率的影响模型等，建立了相应的多孔介质中气液固变相态多相流-固耦合渗流数学模型，揭示了凝析气液固复杂流动规律和对生产开发动态的影响。