基于Ansys Fluent及正交试验的90°弯管冲蚀影响因素分析

管道系统在物料运输过程中,受固体颗粒的冲蚀,常导致管道弯头失效。应用Ansys Fluent软件进行90°弯管冲蚀模拟,得出入口流速、颗粒质量流量、颗粒粒径、管道直径、弯径比均会影响90°弯管冲蚀率。采用正交试验方法分析得到冲蚀影响因素主次顺序为:入口流速颗粒质量流量弯径比管道直径颗粒粒径;通过方差分析得出,入口流速、颗粒质量流量对弯管冲蚀率的影响高度显著,入口流速、颗粒质量流量、颗粒粒径间交互作用不显著。     

支管流量对T型管内流体速度场的影响

为弄清支管入口流量(直径及流速)对T型管内流体速度场的影响规律,采用计算流体力学方法,对T型管进行了数值模拟,得到了其内部流体速度分云图及矢量图,结果表明,入口管流速超过0.4 m/s出现明显涡流,管径比在0.7812时开发区截止至z=130 mm。     

海底管道弯管冲蚀实验

海底管道冲蚀损伤会增加海底管道运行风险,严重威胁海上油气田的高效稳定运行,而弯管冲蚀实验研究对海底管道冲蚀评估有重要意义。文章自行设计搭建管道冲蚀实验系统并研究了弯管不同位置处的冲蚀,发现颗粒经过弯管时,其运动对流体的跟随性较好。弯管外拱入射颗粒受弯管内二次流的影响,在进入弯管后向内拱偏移,并最终撞击在弯管出口内拱附近。弯管外拱中下部的冲蚀微观形貌为颗粒小角度倾斜划擦撞击壁面导致的倾斜向上的重叠划痕,而弯管出口内拱附近的冲蚀微观形貌为颗粒大角度撞击壁面导致的短而深的冲击坑点。研究所得结论对海底管道系统设计和安全评估具有指导作用。     

沈阳工业大学科研成果介绍电催化氧化有机废水处理设备

为研究集输管道弯管应力集中区域的冲蚀现象,以30°弯管为例,先运用应力分析软件探求弯管应力集中区域;再运用CFD软件对应力集中处的冲蚀现象进行仿真模拟,通过改变入口流速、颗粒的粒径及质量流率,分析冲蚀速率的变动规律。结果表明:弯管应力主要集中在拐角处,且应力集中处的冲蚀区域呈“O”型分布;随入口流速、颗粒粒径及颗粒质量流率的增加,冲蚀速率均呈递增趋势,但不同粒径范围,其增加的速度并不相同,且颗粒质量流率的影响程度要略大于入流流速;弯管拐角外壁面同时承载压力、应力及冲蚀作用,而拐角内侧壁面压力及冲蚀均较低,因此拐角外壁面的破坏概率远大于内壁面,加强拐角外壁面的防护尤为重要。     

基于仿生结构的方管冲蚀数值模拟分析

非常规油田开采需要大量的管道对油气进行输送,在天然气的输送过程中,固相杂质会随着高速流动对管道的内壁造成冲蚀磨损,影响管道的使用寿命.为了进一步探究管道减磨、抗磨的方法,本文设计了一种仿生型弯头,采用CFD数值方法对普通管道和仿生管进行了冲蚀的数值模拟,结果表明仿生弯头在工况(颗粒粒径100um、速度10m/s、质量流...     

T型弯头不同工况的冲蚀磨损数值模拟研究

运用Fluent软件中的DPM模型对不同固体颗粒浓度和入口速度情况下的T型弯头冲蚀磨损进行数值模拟研究。通过数值模拟得出T型弯头中流场分布情况以及严重冲蚀部位。结果表明,在盲管区域产生旋涡,充当保护垫作用,减缓壁面冲蚀;在相同颗粒浓度情况下,T型弯管的冲蚀速率随着入口速度的增大而非线性上升,严重冲蚀区域的尺寸将发生变化;在相同入口速度下,T型弯头的冲蚀速率随着颗粒浓度的增加而接近于线性上升,严重冲蚀区域的尺寸几乎不变。     

基于管流式实验的超级13Cr油管变径部位冲蚀研究

利用自制的模拟水平管道液固两相流冲蚀实验装置，在液固两相流体中，研究了流体速度对超级13Cr油管冲蚀速率的影响。采用扫描电镜的方法分析了超级13Cr油管的冲蚀形貌。实验结果表明，超级13Cr油管冲蚀速率随液固两相流体流速的增大而增长，但在水平油管截面沿圆周方向冲蚀速率分布不均匀，其中油管底部的冲蚀速率较大，油管上部冲蚀速率较小。由于砂浓度沿截面高度方向不均匀，油管底部主要以较为稠密的固体颗粒对管壁的磨损和低角度切削为主，而顶部的冲蚀主要为颗粒冲击和切削管壁。在直冲台肩部位的冲蚀速率和冲蚀形貌类似于30°～45°时喷射式冲蚀实验结果。实验结果为水平井压裂施工冲蚀预测提供了依据。     

油气田集输管道的冲蚀模拟研究及影响因素分析

由于油气的成分相对较为特殊,加上集输管道材质的影响,所以很容易产生冲蚀现象,这样不仅影响油气的正常输送,还会产生安全隐患,引发安全事故,造成非常严重的影响。因此,本文结合油气田集输管道冲蚀的机理,对冲蚀模拟和影响因素进行分析和阐述,以期为具体的处理,给予一定的帮助。     

气力输送中变径管道系统的设计

介绍了气力输送中变径管道的设计方法和主要参数(临界速度、管径、压降、气体流速、变径位置、变径角)的确定.通过分析实验数据,说明采用逐渐增大管径的变径管道可以有效地降低输送管道中的气速、压损和能耗.     

成品油输送管道中颗粒沉积对腐蚀的影响研究

为了延长成品油输送管道的使用寿命,保障管道的正常高效运行,采用多功能管道式多相流动模拟试验装置评价了管道口径、弯头曲率以及管道倾角对固相颗粒沉积的影响,并在此基础之上,评价了固相颗粒沉积对成品油输送管道内壁腐蚀的影响。结果表明：管道口径越大、管道倾角越小,颗粒的沉积临界流速就越大,而随着弯头曲率的不断增大,颗粒的沉积临界流速则呈现出先降低后升高的趋势。油相流动速度越大、固相颗粒的尺寸越大,颗粒沉积对成品油输送管道内壁的腐蚀速率相对就越小;而随着颗粒注入量和含水量的不断增大,颗粒沉积对成品油输送管道内壁的腐蚀速率则呈现出先增大后减小的趋势。建议选择合适的管道口径、弯头曲率以及设置合理的管道倾角,以减少固相颗粒的沉积量,并控制合适的油流速度、固相颗粒含量、固相颗粒尺寸以及含水量,以最大限度地减弱固相颗粒沉积对成品油输送管道内壁的腐蚀程度。     

水平渐变管内油水两相流模拟研究

为优化油气集输管道局部管道结构,采用计算流体力学软件对水平渐变管内油水两相流进行数值模拟,对比不同含水率、不同入口流速条件下两相流流型,分析油水两相流在管道内的压力分布规律。结果表明,渐变管内油水两相流流型为水包油流型,管壁主要为油相润湿;渐缩管压力随流向位移持续下降,渐扩管先下降后上升再下降;整体压降速率与含水率成反比,与入口流速成正比。研究结果可以为优化稠油集输管网管道结构、降低管道流动能耗等油水混输问题提供参考。     

机坪输油管道冲刷腐蚀研究

研究了冲刷腐蚀过程的发生机理,分析了流体的流速、管道的结构、流体中的第二相、流体的流动状态等因素对冲刷腐蚀过程的影响。就机坪输油管道系统中常见的易腐蚀管件90°弯管和T形管的冲刷腐蚀问题展开讨论,采用ANSYS 3.0软件中Fluent模块进行数值模拟,计算在不同工况下管道冲蚀减薄规律和特点,从而解释腐蚀的破坏程度。最后考虑到管材冲刷腐蚀的减薄程度和机坪输油系统的设计使用年限,得出冲刷腐蚀对于机坪输油管道使用寿命的影响。     

基于颗粒堆积理论的管壁水合物沉积层力学特性研究

管壁水合物沉积层的稳定性与管壁水合物沉积层的力学特性密切相关,研究管壁水合物沉积层的力学特性对深水流动安全保障具有重要意义。为研究管壁水合物沉积层的力学特性,假设沉积层内所有水合物均为大小相同的球形颗粒,且沉积层是由多层水合物颗粒相互堆积而成。根据水合物颗粒堆积方式的不同,将管壁水合物沉积层分为简单立方堆积型、六方堆积型、复六方堆积型、四面体堆积型、角锥堆积型和随意堆积型6类。不同类型的水合物沉积层对应有不同的空隙率和层间受力特性,以此为基础,分别计算分析了各类水合物沉积层的压缩波速、剪切波速、泊松比、弹性模量、抗拉强度,并依据摩尔--库仑强度准则给出了各类管壁水合物沉积层的抗剪强度。同时,计算分析了退火作用对管壁水合物沉积层抗拉强度和抗剪强度的影响。本文研究成果可为油气管道水合物防治技术的发展提供理论支持。     

水平管内水环输送模拟稠油减阻特性

基于自主设计加工并搭建的水环输送稠油减阻模拟管路系统,采用500^#白油模拟稠油,试验研究了稠油在水环作用下的水平管流阻力特性,分析了油相表观流速（0.3～1.0m/s）、水相表观流速（0.11～0.72m/s）及入口含水率（0.13～0.49）对水润滑管流流型特征及减阻效果的影响。结果表明：环状水膜可有效隔离并润滑油壁界面,油-水两相流流型总体上呈稳定的偏心环状流结构;水环输送可大幅降低管道输送过程中的压降,其压降值仅为相同油流量下纯油输送压降的1/55～1/27;当入口含水率为0.13～0.27时,水环输送的效能显著,输油效率均高于40;油相表观流速和入口含水率的增加会增大单位管长压降,降低水环输送的减阻效果和输油效能。     

溢流管结构对天然气水合物用旋流器分离性能的影响

建立了主直径100 mm的旋流器模型,采用计算流体力学(CFD)方法研究了溢流管内径、插入深度及壁厚对旋流器分离天然气水合物性能的影响规律。结果表明,入口流速为9 m/s时,随溢流管内径增大,水合物分离效率增大,砂的分离效率降低,旋流器的压力降逐渐减小;随溢流管壁厚增大,水合物和砂的分离效率稍有增大,旋流器的压力降先增大后减小;随溢流管插入深度增大,水合物分离效率先减小后增大,砂的分离效率先增大后减小,旋流器的压力降波动较小。溢流管内径对旋流器分离天然气水合物性能的影响最大,插入深度次之,壁厚的影响最小。     

基于OLGA的起伏湿气集输管道水力特性研究

由于多相流动的经济性,气田大部分集输管道都采用气液混输技术。集输管线在通过地形起伏的地区时,气体的压力、温度及流速将随之变化,地形起伏不均是造成气田气液混输管道生产不稳定的一个重要因素。采用多相流模拟软件OLGA建立了湿气集输管道水力计算模型,模拟分析了地形起伏程度、管道输气量、管径、含水率对管道压降的影响。并对不同影响因素下的模拟结果进行分析,该分析结果为地形起伏地区气田集输管道的运行管理和设计提供了理论基础。     

蜡沉积物对现场管道运行影响研究

蜡沉积是流动保障关键问题之一,前人主要研究了温度、流速等因素对沉积物厚度的影响,而关于蜡沉积物进入原油后,对管道运行影响研究报道较少。通过现场测试储罐内原油和管输原油物性,研究了储罐蜡沉积物和管道蜡沉积物进入原油后,对管道运行的影响。研究表明:加热输送含有蜡沉积物的原油,导致原油凝点显著升高,给管道安全运行带来潜在风险,应慎用加热输送方式;升高输油温度,使管道内较松软的蜡沉积物融化,蜡沉积物厚度减小,但由于蜡沉积物进入原油,导致原油凝点升高。     

甲烷水蒸气重整制氢反应及其影响因素的数值分析

本文通过建立包含动量、能量、质量以及化学反应的多物理场耦合数值模型, 以多孔介质模型表征催化剂层, 对工业转化炉管中的甲烷水蒸气重整制氢过程进行了详细分析。计算得到了转化炉管内甲烷重整过程反应物及产物气体的速度、温度及浓度场分布, 以此分析了甲烷重整制氢过程的反应特性, 并阐明了转化炉管的壁面温度、原料气入口水碳比以及入口速度对甲烷转化率的影响。结果表明:水蒸气重整在转化炉管的入口区域反应迅速, 沿着气体流动方向, 反应速率由于反应物浓度的不断降低而减小, 导致混合气体流动速度和温度也逐渐趋于稳定;水碳比和转化管壁面温度的增加以及原料气体入口流速的降低, 都会提高甲烷的转化率。本文所得到的结论对于优化实际生产中甲烷水蒸气重整制氢反应的工况条件具有一定的参考和借鉴意义。     

大输量多相混输管路气液两相流实验研究

为了研究大输量条件下多相混输管路的流动特性,以水和空气为实验介质,在长江大学多相流实验平台上进行了水平状态的高气液量两相流模拟实验研究。实验采用内径为60 mm、长9.4 m的透明有机玻璃管,并利用高速摄像仪记录实验过程中的流型。通过对实验流型进行整理,将水平管内的气液两相流流型划分为分层流、泡状流、段塞流和环状流,并与典型的Mandhane流型图进行对比分析。另外,对实验范围内的几种典型流型下的压降梯度变化规律进行了研究,泡状流区域压降梯度随气流速的增大而减小,段塞流区域压降梯度随气流速的增大而缓慢增大,环状流区域压降梯度随气流速的增加而继续增大。     

Principal characteristics of turbulent gas-particulate flow in the vicinity of single tube and tube bundle structure

In this paper the particle rebounding characteristics of a gas-particle flow over a cylindrical body and an in-line tube bundle arrangement is investigated. With the aid of both experimental and numerical approaches, the mean particulate flow patterns, comprising both incident and rebound particles resulting from the impact of particles on solid walls, are examined. In the experimental investigation, a two-dimensional laser-Doppler anemometry (LDA) technique is used in the immediate vicinity of the body surface to measure the instantaneous incident and rebound particle velocities. The Reynolds-averaging Navier-Stokes equations are solved for the continuum gas phase and the results are used in conjunction with a Lagrangian trajectory model to predict the particle-rebound characteristics. For the single tube model, the experimental observations, also confirmed through computations, reveal a particle rebound zone where the mean particulate flow pattern is significantly modified due to the contribution of the rebound particles during the process of particle-wall impact interaction. This particle rebound zone is found to be a function of mainly the Stokes number (particle inertia), and to a lesser extent on the fluid Reynolds number (gas flow condition) except for high gas flow velocities. For the in-line tube bundle model, particles being rebounded from the first row of tubes at upstream migrated downstream and impinged the other tubes in an extremely complex and random disposition. Detailed measurements on the flow and turbulent characteristics within the subset containing two cylindrical tubes representing the flow over the first and second row tubes in the tube bundle configuration revealed that the heavier particles possessed higher axial and transverse velocity fluctuations than the gas and lighter particles. A means of quantifying the erosion rate using a semi-empirical relationship and CFD approach is presented. The erosion distributions were found to be significantly different between the lighter and heavier particles. Analysis of the effect of the above-mentioned parameters on the rebounding particle flow characteristics and their interrelationship has provided a better understanding on the behaviour of particulate flow impinging on a solid wall body or series of solid bodies. The usefulness of employing the experimental and computational approaches to quantify the particle-wall impact interaction phenomena in this study provides the basis for additional investigations to be undertaken to better comprehend the particulate behaviour in tube bundle structure, for example staggered tube arrangement commonly found in many commercial heat exchangers.