固体颗粒对水力旋流器冲蚀磨损特性的影响

针对工业污水处理系统中水力旋流器壁面的冲蚀磨损问题,采用FLUENT软件中RSM模型和DPM模型模拟水力旋流器内液、固两相流的流动情况,并以Grant和Tabakoff碰撞模型求解器壁冲蚀磨损速率。研究了不同颗粒流速、粒径和质量流量条件下器壁冲蚀磨损规律以及最大冲蚀磨损位置。结果表明:旋流器壁面最大冲蚀磨损率随着颗粒流速的增大而呈指数递增,与质量流量呈正相关关系,但与颗粒粒径呈不完全线性增长关系;旋流器壁面冲蚀磨损率随着颗粒流速、粒径和质量流量的改变而不同,其中颗粒流速变化的影响最大、质量流量次之、粒径的影响最小;固体颗粒碰撞和磨削旋流器壁面而引起局部磨损,并且影响最大冲蚀磨损区域的出现位置。     

粒径对全断面竖井掘进机出渣泵磨损特性影响研究

为探究大颗粒粒径对全断面竖井掘进机上出渣泵过流部件磨损特性的影响，基于SST双方程混合湍流模型、Finnie塑性冲蚀磨损模型对其进行数值模拟，获得了全断面竖井掘进机出渣泵过流部件的冲蚀磨损形态，分析不同颗粒粒径对叶片磨损程度的影响。模拟结果表明：磨损最严重区域在叶片吸力面；定量预测出叶片磨损强度随不同初始条件的变化规律；随颗粒粒径增大，颗粒与吸力面的碰撞几率降低，叶片吸力面磨损区域显著减小，磨损位置受颗粒粒径的影响明显，而后盖板的磨损面积几乎不变；全断面竖井掘进机上出渣系统在输送最大粒径超过100%的固相颗粒时，仍具有良好的可靠性和稳定性。大颗粒粒径仅对吸力面磨损程度影响显著，对后盖板影响不明显。     

混合粒径固体颗粒对滑套球座冲蚀磨损的影响

随着超长水平井施工排量和加砂量的不断增加,滑套球座冲蚀磨损日益严重。目前对液固两相流冲蚀磨损的研究较多,但均未考虑混合粒径固体颗粒对冲蚀磨损的影响。研究不同粒径混合的支撑剂对球座的冲蚀磨损,基于欧拉双流体理论,运用Fluent软件对混合粒径固体颗粒对滑套球座的冲蚀磨损进行数值模拟。结果表明：混合粒径固体颗粒与单一粒径固体颗粒对球座冲蚀磨损规律有所不同,单一粒径固体颗粒对球座冲蚀磨损速率随着粒径的增大而减小;混合粒径固体颗粒对球座冲蚀磨损速率不仅和支撑剂粒径有关,而且和不同粒径固体颗粒的比例有关,即冲蚀磨损速率随混合固体颗粒中小粒径固体颗粒比例的增大而表现出先减小后增大的趋势。模拟结果为水平井分段压裂材料的选择提供了依据。     

基于ANSYS Workbench的天然气渐扩管冲蚀磨损仿真模拟

为了研究含砂天然气集输管道渐扩管的冲蚀磨损现象。运用ANSYS软件建立渐扩管流场的Euler多相流、流固耦合及冲蚀模型,分析渐扩管的应力分布、流动特性及冲蚀效果,并与突扩管进行比较;通过改变管道入口流速、颗粒粒径、颗粒质量流率等参数,对渐扩管流场特性及冲蚀规律进行分析。结果表明,渐扩管应力集中在喉部及出口管段内壁面,冲蚀区域集中在出口管段下表面及出口处,出口管段冲蚀区域呈“椭圆形”,出口处冲蚀区域呈“U”形;突扩管应力集中在进口管段与出口管段交界处的上壁面,冲蚀区域位于进口管段;渐扩管冲蚀速率随入口流速增加先增大后减小再增大,随颗粒粒径的增加先增大后减小最终趋于稳定,随颗粒质量流率增加呈线性增长;相同条件下,突扩管最大等效应力是渐扩管的1.73倍,变形位移是渐扩管的1.77倍,而渐扩管冲蚀较为严重,最大冲蚀速率是突扩管的1.7倍。     

仿生弯管的冲蚀磨损分析

为研究弯管的抗冲蚀磨损性能,仿照扇贝表面建立不同仿生弯管模型,根据流体动力学和冲蚀磨损原理,借助Fluent流体计算软件对不同模型进行仿真模拟。研究表明:在相同边界条件下,正常弯管的冲蚀面积以及速率最大,仿生弯管的冲蚀面积随着仿生肋条的偏心距离增大而减小,冲蚀速率随着仿生肋条的偏心距离增大而增大。     

入口高宽比对旋风分离器壁面冲蚀的影响

运用CFD数值计算方法,在不同入口高宽比下,通过雷诺应力模型对分离器速度场进行研究,在拉格朗日坐标系下对粒子轨迹进行追踪,并对壁面磨损进行了对比分析。结果表明:分离空间切向速度峰值和中心区域的速度波动都与高宽比成正比,过大的高宽比也会加剧涡核摆动强度,加剧锥体底部的冲蚀磨损。中间粒径颗粒的入射位置对顶灰环的形成有一定影响,靠近入口下方入射时,颗粒更容易进入灰斗,而在入口上部入射时,容易在分离空间顶端聚集,加重顶部区域的磨损。在磨损方面,筒体部分的冲蚀速率都是从分离空间顶端向下渐渐变小,且随着高宽比的增大最大冲蚀速率逐渐变大。锥体壁面的冲蚀磨损速率沿着轴向向下都出现逐渐增大的趋势。因此,为了兼顾较小的壁面磨损和更好的工艺性能,因选择合适的高宽比。     

电厂换热管束冲蚀磨损数值模拟分析

电厂锅炉高温换热器受热面在含尘烟气长时间磨损的作用下,会出现吹蚀减薄迹象,导致换热器爆管,使得机组被迫停机.为了揭示飞灰颗粒对换热管束冲蚀磨损的影响,采用欧拉-拉格朗日方法以及Oka模型分别模拟颗粒运动和管壁冲蚀磨损情况,通过用户自定义函数描述颗粒物与壁面的反弹效果,对不同粒径和不同管排下的磨损情况进行了分析.结果表明,管排布置方式会对换热管束冲蚀磨损产生影响,具体表现:第一排换热管受颗粒的冲击磨损影响较显著,面平均磨损量随颗粒粒径的增大而增大;横向间隙减小时,换热面平均磨损速率减弱,换热管纵向间距对磨损的影响不大,管束叉排布置时,磨损量增加.数值模拟结果加深了电厂高温换热器磨损规律的认识,通过换热管束的合理布置,有助于减少磨损,提高系统运行的可靠性.     

钻井液固液分离旋流器壁面磨损特性

针对石油钻井过程中,由于钻井液中泥沙等固体颗粒产生的冲蚀磨损导致的旋流器失效问题,采用CFD-DPM模型开展以非牛顿流体为钻井液时旋流器冲蚀磨损研究,探讨不同流速、稠度系数、流动性指数、含砂体积比和入口倾角对旋流器内壁冲蚀磨损的影响。结果表明：旋流器内壁磨损呈螺旋状,锥段处磨损率随着半径的减小而增大,底流口处是受损最为严重的部位;在流速5～15 m/s、含砂体积比1%～9%时旋流器的最大冲蚀率随着流速增大呈指数型增长,冲蚀面积明显扩张;低流速下含砂体积比对最大冲蚀率影响较弱,而高流速下最大冲蚀率与含砂体积比呈正相关;入口倾角的增大同时增大了向下的轴向速度,使得颗粒能更快地到达底流口减小了与壁面的接触,其冲蚀率呈线性减小;最大冲蚀率随稠度系数的增大整体呈现平缓下降的趋势,随着流动性指数的增大而急速下降,流动性指数对冲蚀破坏的影响相比稠度系数更剧烈一些。     

页岩气压裂双弯头弯管冲蚀规律研究

为研究页岩气压裂双弯头弯管的冲蚀规律,基于液-固两相流模型和冲蚀理论建立双弯头弯管冲蚀模型,研究典型工况参数、双弯头弯管结构参数对双弯头弯管冲蚀速率的影响。研究表明:最大冲蚀速率发生在压裂液首先流经的第一个弯头外拱内壁后半部分,第二个弯头冲蚀区域前移且冲蚀区域增大;双弯头弯管的最大冲蚀速率,随压裂液流体速度、支撑剂颗粒体积分数的增加均增大,随着支撑剂颗粒粒径、双弯头弯管曲率半径的增大均减小;双弯头弯管上弯头与下弯头装配转角为20°~40°时,双弯头弯管的最大冲蚀速率较大。     

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。     

基于CFD数值模拟的异面三通管冲蚀磨损规律研究*

针对管道在输送过程中,由流体中固态颗粒产生的冲蚀磨损导致的失效问题,通过CFD-DPM模型开展关于不同流速、颗粒直径、含砂体积比和异面管夹角对异面三通冲蚀磨损性能影响的分析。结果表明：三管交汇处的弯面是管道主要发生冲蚀磨损的位置,水平两管弯头上侧管壁处是受损最为严重的部位;在流速2~10 m/s、含砂体积比1%~9%、异面管夹角90°~150°、颗粒直径0.1~0.5 mm时,管道的最大冲蚀率随着流速增大呈指数型增长,冲蚀面积明显扩张;低流速下,含砂体积比对最大冲蚀率影响较弱,高流速下,最大冲蚀率与含砂体积比呈线性正相关;异面管夹角的增大降低了管道对固体颗粒的流动约束性,其冲蚀率呈线性减小;最大冲蚀率随颗粒直径的增大整体呈现平缓上升的趋势,大颗粒产生的冲蚀破坏相比小颗粒更为集中一些。     

挖掘机多路阀阀口冲蚀磨损研究

针对挖掘机多路阀阀口易发生冲蚀磨损导致性能下降及失效的问题,以回转联作为研究对象,建立了以DPM离散相模型和Edwards冲蚀模型为基础的计算模型,并通过Fluent软件模拟了不同流量、阀口开度和颗粒属性下的阀口冲蚀磨损情况,针对发生冲蚀磨损最严重的阀芯区域,分析并得到了冲蚀磨损分布和冲蚀磨损率随流量、阀口开度和颗粒属性的演化规律。结果表明：阀口的冲蚀磨损情况会随流量、阀口开度和颗粒属性的变化而规律变化,对于阀芯部位,磨损面积会随阀口开度变小而变小、随流量增大而增大;开度减小和流量的增加会引起阀芯冲蚀磨损率增大,其中冲蚀磨损率对阀口开度的变化较为敏感,在小开度情况下会出现磨损率的大梯度变化情况,而流量则对冲蚀磨损率影响较为平缓;当固体颗粒在油液中的质量一定时,颗粒直径的变化对阀芯冲蚀磨损率有较大影响。     

离心压缩机内固粒运动规律与冲蚀磨损的数值模拟

针对离心压缩机叶轮的冲蚀磨损问题,利用FLUENT中离散相模型、质量冲蚀率模型,对压缩机内部不同粒径的固体颗粒的运行轨迹、运动速度、偏聚浓度及造成的叶片冲蚀率的分布进行了数值模拟。结果表明:粒径为5~20μm的绝大部分的固体颗粒流经大叶片压力面附近流道;固体颗粒在运动到叶片前缘过程中速度迅速升高,在压力面腹侧会有所减小,后缘处重新升高;大叶片后缘根部固体颗粒浓度高、运行速度快,冲蚀磨损严重,且固体颗粒直径越大对大叶片压力面造成的冲蚀磨损越严重。     

考虑载荷模拟作用的高压弯头冲蚀数值仿真

在水力压裂过程中,地面高压管汇在管内复杂固液两相流冲击和管体恶劣载荷的耦合作用下,弯头、三通及接头等薄弱部件长期遭受严重的冲蚀磨损,极易导致管件发生断裂破坏,对现场人员及设备构成严重威胁。开展载荷作用下的高压管汇典型材料冲蚀磨损试验,根据试验结果,基于E/CRC冲蚀模型构建一种考虑应力状态影响的新型冲蚀数学模型,所构建的新模型与冲蚀试验数据之间的准确度可达95%以上。采用计算流体力学离散相模型（CFD-DPM）,开展高压管汇件冲蚀性能的三维数值模拟,考察高压弯头在不同压裂工况下的冲蚀磨损程度及空间分布情况。结果表明：在固液两相流冲击下,主要冲蚀区位于靠近弯头出口处的弯头外侧,且管件的最大冲蚀率也位于该处;在弯头内侧二次流涡流的影响下,部分颗粒在流经弯头后会在下游直管内侧积聚,从而在这个区域造成次要冲蚀区;随着流动颗粒斯托克斯系数增加,主要冲蚀区面积增大,次要冲蚀区面积减小;此外,在嵌入新型冲蚀数学模型后,可观察到随着操作压力增大,高压管汇弯头部位的冲蚀磨损率明显增加。     

径向动压气体轴承承载能力的CFD分析

为改进计算精度和提高计算效率,采用CFD软件Fluent对径向动压气体轴承承载能力进行分析.使用软件Solidworks建立径向动压气体轴承三维物理建模;从可压缩流体润滑方程及连续性方程出发,得到等温条件下动压润滑雷诺方程的基本形式,运用有限差分法计算径向动压轴承的压力分布及承载力等特性;采用Fluent进行有限元仿真...     

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。     

小孔节流深浅腔动静压气体轴承承载特性分析

以小孔节流深浅腔动静压气体轴承为研究对象,采用Fluent软件对轴承的承载特性进行分析,研究偏心率、供气压力、主轴转速、气膜厚度、浅腔深度比等因素对轴承承载力和刚度的影响。结果表明:小孔节流深浅腔动静压气体轴承浅腔区的平均压力大于深腔区的平均压力,压力最大区域出现在浅腔末端靠近轴承端面处;随着供气压力的增加,承载力逐渐增大,但供气压力不应超过0.95 MPa;当主轴转速在3×10~5 r/min以内时,承载力和刚度随着转速的增加呈线性增长规律,当主轴转速超过3×10~5 r/min继续增加时,承载力和刚度的增长趋势明显放缓;承载力与刚度随着浅腔深度比的增加先增大后减小,当浅腔深度是气膜厚度的1～1.5倍时,承载力与刚度接近最大值。     

螺旋槽水润滑橡胶合金轴承沙粒侵蚀磨损研究

螺旋槽水润滑橡胶轴承橡胶面的破坏除了与运动轴直接接触造成磨损外,水中泥沙颗粒等污染物对水润滑橡胶的侵蚀磨损也是影响水润滑橡胶工作面的主要破坏方式。对液-固两相流中固体颗粒的受力情况进行分析;借助于Finne磨损基本数学模型,对不同转速、不同大小沙粒和水组成的流场进行分析,得到内部颗粒随液态流场变化的趋势;对中高转速下颗粒对壁面磨损的过程和位置进行初步的预测。结果表明,在不同转速下,不同粒子对橡胶面不同位置的侵蚀磨损是显著不同的:低转速下,接近层流状态时,对承载面的磨损较大;高转速下,流体呈现紊流状态,并在导流槽内出现独立的漩涡现象,导致颗粒在漩涡内聚集,从而造成漩涡面的磨损侵蚀较大。螺旋槽结构导致流场内漩涡出现,对于排污具有较好的作用。     

轴承腔中均匀流体/壁面油膜分层流动分析

航空发动机轴承腔精确的润滑与换热设计依赖于对其内油气两相润滑介质流动与换热本质的认识。针对轴承腔内复杂的油气两相润滑介质流动状态,建立轴承腔均匀流体/壁面油膜分层流动分析模型,开展腔内油气两相润滑介质流动特性研究,探讨转子转速和润滑油供油量对均匀流体和壁面油膜两相介质压力、速度以及温度分布的影响。分析模型中,气相介质(含油滴)的等效物理特征参数通过离散油滴和气相介质的组分比例关系确定,各固体壁面与流体介质的对流换热系数根据其各自的传热特性确定。研究结果表明,均匀流体与壁面油膜两相介质的压力随着润滑油供油量的增加而增大,受转子转速的影响较为复杂;均匀流体与壁面油膜两相介质的速度随着转子转速的增高而增大,受润滑油供油量影响较小;均匀流体的温度随着润滑油供油量的增加而减小,受转子转速的影响较小;与均匀流体温度不同,壁面油膜的温度随着转子转速的增加而增大,随着润滑油供油量的增加而减小。建立了轴承腔试验台系统,开展了轴承腔油气两相流动状态下的压力和温度测试,压力和温度试验结果与理论计算结果均具有较好的吻合性,验证了提出的理论分析方法的可靠性。