颗粒属性对输气管道渐缩管冲蚀磨损的仿真预测

在输气管道中，气固两相流对管道内壁造成冲蚀磨损，渐缩管中冲蚀磨损情况尤为严重。利用计算流体动力学相关知识，通过CFD仿真软件建立模型，运用流固双向耦合方程，采用标准k⁃ε模型和DPM模型进行分析。探究入口流速、固体颗粒粒径以及颗粒质量流率对渐缩管冲蚀磨损现象的影响，预测渐缩管中易发生冲蚀磨损的位置以及天然气的最佳流速。结果表明，当入口流速从5 m/s增大到25 m/s时，渐缩管最大冲蚀速率先增加后减小再增加；当入口流速为15 m/s时，冲蚀速率降至最小，为1.76×10－6 kg/（m2•s）；当颗粒粒径从0.5 mm增大到4.5 mm时，最大冲蚀速率先由4.23×10－6 kg/（m2•s）增加至7.56×10－6 kg/（m2•s），而后又逐渐减小至2.68×10－6 kg/（m2•s）；在入口流速为15 m/s的情况下，当颗粒质量流率从0.1 kg/s增大到0.6 kg/s时，最大冲蚀速率从1.76×10－6 kg/（m2•s）增加至1.00×10－5 kg/（m2•s）。渐缩管冲蚀磨损区域主要位于渐缩管喉部下壁面、距离喉部2D区域的收缩管段下壁面及2D区域以外的收缩管段上壁面，并且上壁面冲蚀磨损区域近似呈“U”型对称分布。在输气过程中，气体流经渐缩管的最佳入口流速应为15 m/s。为预防冲蚀磨损，颗粒粒径不宜过小，质量流率需控制在合理范围内。     

锥形节流器内冲刷磨损的数值模拟

在注汽管道内固体颗粒对锥形节流元件的冲刷磨损是造成失效的重要因素。采用计算流体力学有限体积法对其进行数值模拟,研究了冲刷磨损量和切应力与注气量、颗粒直径、颗粒质量浓度的关系。结果表明,随着颗粒直径增大,管壁磨损相对集中于高速区,锥体磨损量增大;流量增大时,磨损量和切应力均增加;颗粒的质量浓度增加,磨损量增大。此研究可为节流元件的抗磨腐蚀研究和油田节流元件的失效预测提供理论指导。     

氟塑钢复合管冲蚀磨损性能的试验研究

通过实验研究适用于电厂余热深度回收的新型氟塑钢复合管的冲蚀磨损性能,主要考察在刚玉砂和煤灰两种颗粒冲蚀下,气流速度、温度与颗粒质量浓度等对复合管中低速气流冲蚀磨损的影响.通过扫描电子显微镜对冲蚀磨损后的表面微观形貌进行观察,初步探讨冲蚀磨损机制.结果表明,在中低速度下,复合管的冲蚀磨损速率随气流速度的变化呈幂函数关系;在两种不同颗粒的冲蚀下,复合管的冲蚀磨损速率随颗粒质量浓度的变化均近似呈线性关系;复合管的冲蚀磨损速率随气流温度的升高而降低,但变化幅度不大;微观形貌分析显示,复合管表面受到颗粒反复垂直冲击时主要发生塑性变形,局部出现显微裂纹,在受到颗粒的反复斜向冲击时主要发生切削和犁耕.     

π型管液固两相冲刷腐蚀数值模拟

输油管道系统常常会发生冲刷腐蚀现象,冲刷腐蚀现象产生的主要原因是颗粒对壁面的撞击.使用DPM模型研究固体颗粒对管壁的冲蚀作用,分析π型管的流动特性,研究流体速度、颗粒质量流量、颗粒直径以及颗粒密度对管道冲刷腐蚀速率的影响.模拟结果表明,π型管道在弯头处冲刷腐蚀最严重;当流体速度增大、颗粒质量流量增多时,最大冲刷腐蚀速率...     

煤液化多相流输送管道冲蚀磨损分布预测及分析

针对煤化工中多相流管道系统的冲蚀磨损问题,运用Fluent软件构建流体动力学模型,获得磨损速率与管道位置的关系,用来预测磨损减薄的主要区域。数值计算结果表明:随着管道直径的增加,其最大磨损速率降低;曲率半径为3倍公称直径时,弯头的磨损率较小且均匀;颗粒形状越接近于球形,磨损率越低;当磨损颗粒粒径小于200μm时,磨损率随着粒径的增大而增大,当粒径超过200μm,磨损率几乎不再变化。对原管道系统进行设计改造,提出了一种结构优化改进方案,计算模拟结果显示优化方案可使其磨损率减小为约原来的1/2。     

煤液化多相流输送管道冲蚀磨损分布预测及分析

针对煤化工中多相流管道系统的冲蚀磨损问题,运用Fluent软件构建流体动力学模型,获得磨损速率与管道位置的关系,用来预测磨损减薄的主要区域.数值计算结果表明:随着管道直径的增加,其最大磨损速率降低;曲率半径为3倍公称直径时,弯头的磨损率较小且均匀;颗粒形状越接近于球形,磨损率越低;当磨损颗粒粒径小于200 μm时,磨损率随着粒径的增大而增大,当粒径超过200 μm,磨损率几乎不再变化.对原管道系统进行设计改造,提出了一种结构优化改进方案,计算模拟结果显示优化方案可使其磨损率减小为约原来的1/2.     

电厂飞灰颗粒粒径对冲蚀磨损性能影响的试验研究

研究了电厂不同粒径的灰粒在常温态和热态时对冲蚀磨损的影响规律。两种工况的试验结果表明:在试验粒径范围内,常温态时,随着粒径的增大,磨损率会逐渐增大,当粒径增大到一定程度时,磨损率会趋于平缓;而热态时,随着粒径的增大,磨损率并没有明显变化。显然,常温中颗粒大小对材料冲蚀磨损的影响要明显大于高温中的冲蚀磨损。     

离心机过流件常用材料的冲蚀磨损研究

利用喷砂机对离心机过流件常用的Q235A,Cr12Mov,ZG310-570和Q345A 进行冲蚀磨损试验,探讨它们的冲蚀磨损特性。结果表明：材料的硬度越高,其质量损失率越低,抗冲蚀磨损性能越强,4种材料的抗冲蚀磨损性能由高到低的顺序依次是Q345A,ZG310-570,Cr12Mov,Q235A;随着冲蚀角度的增大,质量损失率呈现先增大后减小的变化趋势,其中冲蚀角为30°时的质量损失率最大;在小角度冲蚀下,材料的磨损机理主要表现为微观切削,而大角度冲蚀下的磨损机理则主要表现为反复塑性变形导致的疲劳断裂。     

弯管中多相流冲刷腐蚀数值模拟

高压注蒸汽法是当今稠油油藏开采的主要方式,在注汽管网中流体以气、液、固三相对弯管形成连续的冲刷,造成弯管的泄漏。采用湍流模型、多相流模型、离散相模型及冲刷腐蚀模型,考虑相间的相互耦合,对注汽管网中弯管的流动进行了数值模拟。结果表明,在注汽管线中,随着弯管弯曲程度的增加,液相和颗粒相分布、壁面磨损区域均逐步后移,且数值相应增大;管壁处液相体积分数的增加可有效降低固相颗粒对壁面的磨损腐蚀。     

金属材料FV520B冲蚀模型的建立与验证

为了用数学的方式描述金属材料的冲蚀率随靶材属性、颗粒属性、环境因素的变化规律,从颗粒冲击靶材的碰撞过程入手,通过求解颗粒运动方程和碰撞的能量方程,建立了基于微切削和变形磨损的塑性材料冲蚀模型。借助金属材料FV520B的正交冲蚀试验结果,利用回归分析法获得FV520B冲蚀率计算模型,并通过方差分析和单因素冲蚀试验对计算模型进行了验证。方差分析结果表明,该冲蚀率计算模型非常显著,由模型获得的冲蚀率计算值与单因素试验结果吻合程度较高,说明该模型在预测金属材料FV520B不同环境下的冲蚀磨损时具有较好的适应性和可靠性,研究结果对叶轮材料FV520B冲蚀磨损寿命的评估具有指导意义。     

仿生形态表面气固冲蚀磨损性能

根据试验优化设计理论,利用L27(313)三水平正交表设计试验,对具有凹坑形、凹槽形、圆环形仿生形态表面的试件进行冲蚀磨损试验研究,运用极差分析处理试验数据,得到三种表面形态试件的冲蚀率与各试验因素之间的关系。结果表明:试验因素对冲蚀率的影响程度由大到小依次为砂子目数、转速、喷砂量、形态;冲蚀率随着目数、转速的增大而增大;所有一级交互作用中,形态和喷砂量之间的交互作用对冲蚀率的影响最大,目数和转速之间的交互作用对冲蚀率的影响最小。     

上游弯管对工业锅炉水流量测量准确性的影响

为了研究上游弯管的设置对超声波流量计测量工业锅炉水流量准确性的影响,基于时差法超声波流量计测量原理,建立不同直径、不同流量的锅炉管道弯管物理模型,给定相应边界条件,采用有限体积法进行数值模拟求解,结果发现弯管下游管道内的速度呈非理想均匀分布状态,对水流量测量的准确性影响较大:流量的理论测量值均比实际值小,且在不同测量位置,测量的相对误差在-15%～-1%之间波动;在前10 D范围内,测量的准确度随测试位置与弯管距离的增大而增加,在10～40 D范围内,测量的准确度在5%以内;同一测量条件下,流量测量的准确度随管内工质流量的增大而减小;在流量全测量范围内,管径越大,流量测量的相对误差的变化区间越小,即误差曲线越平缓。     

油煤浆输送管路弯管部位液固两相流流场的数值模拟与磨损预测

针对煤液化工业中的油煤浆管路,利用Fluent软件对90°弯管分别取3种不同管径、8种弯径比,进行了液固两相流流场的数值模拟,得到湍流状态下管内流体的速度分布.通过二次开发将磨损模型嵌入到Fluent软件中,实现了对弯管部位的磨损预测.数值计算结果表明:弯管与出口直管连接区磨损较为严重;同一管径的弯管,最大磨损速率随着弯径比的增大而减小;相同弯径比的弯管,磨损速率随着管径的增大而减小.不同管径弯管合理的弯径比不同,管径越小,合理的弯径比越大.     

封严涂层的抗冲蚀性与冲蚀速度的关系

在自制的真空自由落砂式冲蚀磨损试验机上,对几种中温封严涂层的冲蚀率与冲蚀速度之间的关系进行了试验研究。结果表明,冲蚀率与冲蚀速度存在幂函数关系,速度指数随冲蚀角度增大而增大,在较高角度冲蚀时,速度指数比一般塑怀材料和脆性材料的高。基于冲蚀压痕效面,较好地解释了在９０°冲蚀时涂层的冲蚀率与冲蚀速度３次方成正比的关系。     

省煤器管材料热冲蚀磨损的研究

利用自制热冲蚀磨损强化模拟试验装置,对制造省煤器管的20钢进行了热冲蚀磨损试验研究。结果表明:最大冲蚀率出现在20°攻角,而且材料的冲蚀率随气流速度增大,气流温度升高和气流中磨粒密度的增大而增加。扫描电镜观察表明,20钢的冲浊机制包括切削,犁削和冲击坑,其中低攻角时以前两者为主,高攻角时以后者为主。     

烟气轮机叶材气动冲蚀行为研究

研究了气流中微粒对烟气轮机叶片材料的冲蚀行为.用石英砂气动冲蚀试验研究表明:叶材冲蚀率随着冲蚀颗粒尺寸的增大而增加;攻角对烟气轮机叶片材料(NiCr30Co18Ti)的冲蚀率影响不大.进一步通过扫描电镜对冲蚀后的表面形貌进行观察,发现烟气轮机叶片材料的冲蚀以切削与唇片脱落为主.     

双螺旋锥形混合器叶片结构对颗粒混合的影响

采用离散单元法（DEM）,通过数值模拟研究双螺旋锥形混合器的叶片结构对颗粒混合的影响. 研究主要考察螺径比（双螺旋叶片的螺距和螺旋直径的比例）以及螺旋直径比（较短螺杆和较长螺杆的螺旋叶片直径的比例）对混合器混合效率、设备功率、设备磨损等的影响. 结果表明,不同双螺旋锥形混合器的叶片结构对颗粒的混合、设备功率、设备磨损产生影响,但是总体而言,在不同叶片结构的混合器中,颗粒经过100 s的混合之后都能够达到完全混合状态. 当保持其他参数不变时,随着螺径比的增大,混合器混合效率基本一致,设备功率增大,而设备磨损减小;随着螺旋直径比的增大,混合器混合效率有所提升,设备功率增大,而设备磨损并没有显著的改变.     

高压油煤浆输送管路中的一种变径弯管及其磨损预测

针对煤直接液化工业中的管路,提出一种由弯管及斜锥管组成的变径弯管.对不同结构尺寸的变径弯管进行了液固两相流流场的数值模拟,通过二次开发将磨损模型嵌入到FLUENT软件中,实现了对变径弯管的磨损预测.数值计算结果表明:变径弯管的其它尺寸相同时,磨损速率随斜锥管长度与弯管内径之比x的增大而减小,但减小的幅度随着x的增大而降...     

90°弯管液固两相流动冲蚀磨损的数值模拟

以90°弯管对研究对象,基于欧拉-拉格朗日方法对弯管内部的液固两相流动开展了数值模拟研究,重点对弯管内固液两相流的磨损预测方法进行了深入研究.研究表明,在本算例中碰撞模型的选择对最终磨损预测的影响并不明显,因此可以忽略碰撞模型对磨损计算带来的差异;对7种磨损模型分别进行了计算评估,结果表明基于Oka磨损模型和Vieria磨损模型的磨损预测结果与实验值最为接近;颗粒形状会对磨损预测产生较大影响,随着颗粒形状因子的减小,磨损呈现下降趋势.研究成果可为后续工程应用提供理论支撑.     

基于CFD的铣槽机泥浆运移规律数值模拟及施工优化

以铣槽机泥浆运移过程为研究对象,利用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)中的欧拉两相流模型,对泥浆管中的固液两相流进行模拟,并改变泥浆入口流速、泥浆黏度及密度等基本参数,得到不同参数条件下泥浆整体运移规律。结果表明：随着开挖深度增大,泥浆管压力损失减小,最大颗粒体积分数变化不明显;随着入口流速增大,最大颗粒体积分数呈现先减小后增大趋势,入口流速约为5～7 m/s时具有最小的颗粒堆积浓度;随着泥浆黏度及密度增大,泥浆运移时颗粒堆积情况减少,但泥浆黏度超过2.5 kg/(m·s)时,对泥浆携渣能力的提升作用减弱,泥浆管路压力损失明显增大;对比分析不同地层硬度导致颗粒直径变化对泥浆运移的影响,颗粒直径增大,颗粒堆积情况显著增加。根据模拟结果,对双轮铣地连墙施工提出优化措施,为解决泥浆循环过程中输送阻力大、管道淤堵等问题提供相应指导。