瓦斯-细水雾输送管道内喷嘴不同布置方式对压降的影响

低浓度瓦斯输送细水雾安全保护系统是一项新兴技术。喷嘴的不同布置方式会对低浓度瓦斯在管道输送过程中的压力降产生一定的影响。以气-液两相流动的均流模型为前提,根据稳定一维流动的基本方程建立水平圆管中气-液两相流动的压降计算关系式;通过数值模拟瓦斯-细水雾混合流体在水平管道中的流动,得出输送管道内喷嘴布置方式与压降的关系。其结果可为动力设备的选型以及安全经济运行提供必要的依据。     

低浓度瓦斯输送管道内喷嘴安装角度研究

通过建立瓦斯流场和细水雾流场叠加的数学模型,在拉格朗日框架下,从细水雾流场在瓦斯输送管道内的均布长度(单喷嘴喷射时细水雾流场均匀布满管道的长度)和混合流场的压降情况两个方面,对不同的喷嘴安装角度进行研究。研究表明,喷嘴0°安装时,细水雾的均布长度和混合流场的压降均优于喷嘴180°安装。所得研究成果为认识混合流场的流动特性,解决输送管道内喷嘴与喷嘴之间的安装距离及喷嘴的安装角度等问题提供了一定的理论依据。     

弧形板除雾器动态特性对压降影响的试验研究

为了有效控制正态分布式弧形板除雾器内部的压降,使气雾两相流流经除雾器后的压降符合标准。根据瓦斯细水雾流经正态分布式弧形板压降损失的数值模拟结果,优化出了几组效率较高的正态分布式弧形板除雾器,搭建了由供水系统、供风系统和测压系统等组成的测试平台,测试研究了除雾器的内部结构和流动参数对其压降的影响。试验得出:转折角、气流速度和除雾器级数是影响除雾器压降的主要因素。气流速度越大,除雾器压降越大;两级除雾器的压降远远大于一级除雾器的压降;压降随转折角的增大而减小。研究结果为正态分布式弧形板除雾器的工程应用和优化设计提供了依据。     

液氮防灭火工程中管道输送压降的计算方法

结合煤矿液氮防灭火工程实际,在对液氮输送管道传热分析的基础上,介绍并比较了用均相模型和Lockhart-Martinelli关联式计算气液两相氮管道输送压降的方法,同时分析了管壁粗糙度、管道出口处气液两相氮干度、管径、质量流速对传输压降的影响。结果表明对于干度较小情况下的两相氮适合用均相模型计算,除环状流外,Lockhart-Martinelli关联式能较好地拟合气液两相氮的压降情况;管道壁面粗糙度对管道压降影响较大,且管径越小,壁面粗糙度对压降的影响越大;压降随管道出口两相氮干度的增加先增大后减小,可以在管壁外包裹绝热材料来减小出口干度,从而减小输送压降。     

细水雾在低浓度瓦斯输送管道中沉降规律的研究

 摘要：低浓度瓦斯输送细水雾安全保护系统是一项新兴技术。然而细水雾在低浓度瓦斯输送管道中受到附加质量力、拖拽阻力和热泳力等作用而沉降,使得细水雾的浓度降低而直接影响低浓度瓦斯的安全输送。本研究通过对细水雾颗粒沉降运动轨迹的理论分析得到细水雾颗粒在瓦斯流场中的力平衡方程,并从试验中得到在距喷嘴0.25m处细水雾的沉降速率明显大于其它位置,当瓦斯流场速度大于1m/s时,细水雾颗粒沉降速率随着输送距离的增加逐渐降低;对既定测试位置,细水雾沉降速率随着瓦斯流场速度的增大先降低后升高。其研究结果对低浓度瓦斯细水雾安全输送保护系统的设计及工程应用有一定的参考价值。     

瓦斯输送管道内细水雾颗粒运动及沉积模拟研究

通过建立瓦斯气体流动模型、细水雾颗粒运动模型,在拉格朗日框架下对细水雾颗粒在瓦斯输送管道内的运动及沉积过程进行追踪。对数值模拟结果分析可知,混合流场在喷嘴两侧分别作顺时针、逆时针运动;细水雾颗粒沉积率在1.5m处达到最大值,在5m以后基本处于稳定状态。通过研究分析,为认识细水雾的运动及沉积规律,解决输送管道内喷嘴安装距离问题提供了一定的理论依据。     

基于热—流—固耦合的管道弯头冲蚀分析与优化

管道在油气集输系统中运用十分广泛,其失效形式也多种多样,其中由于介质的流动而造成的冲蚀磨损是管道常见的失效形式之一。而在具有腐蚀性多相流体作用下,管道弯头通常是最容易受到损坏的部件。借助于Ansys Workbench 14.0对流体流经常规管道弯头和添加盲通后的管道弯头进行了数值模拟分析,研究了不同入口温度、不同流速、不同弯径比、不同固体颗粒含量、不同弯头角度等因素对管道弯头以及添加盲通后的管道弯头冲蚀失效的影响。分析结果表明:常规弯管的弯头两颊往往是冲蚀磨损最严重的部位;而对于盲通管而言,冲蚀最严重的地方主要集中在盲端处,弯头处受到的冲蚀程度较小;弯头的受损受多种因素的影响,适当增大流体介质温度、减小流速、增大弯径比、减少流体介质中固体颗粒含量,均可以有效地缓解冲蚀受损,冲蚀角度在40°~50°冲蚀程度最为严重,研究为进一步研究多相混输管道冲蚀机理提供相关的理论支持。     

煤水两相流动管内表观滑移的数值研究与分析

水煤浆表观壁面滑移的存在会使管内的流动壁面的剪切力减小(正滑移)或增加(负滑移),造成了流动阻力的减小或增加.应用Fluent软件进行了水-煤颗粒管道内两相液固流动的数值模拟,结果表明:在所模拟的低浓度(固相体积分数小于30%)液固两相流中确实存在滑移现象,且固相体积分数低于10%时,近壁面处固相速度均大于液相速度,为超前滑移,30%浓度下近壁面处固相速度出现远大于液相速度,管中心速度液相大于固相,速度出现滞后滑移.而且,固相体积分数低于10%时,单位管长的压降变化率随固相体积分数增加而变化微弱,基本接近单相流动的压降,但固相体积分数超过10%以后,单位管长的流动压降随固相体积分数增加而迅速增大,能耗迅速增长.     

地面放空管道内瓦斯爆炸传播特性研究

为研究地面放空管道内瓦斯爆炸的转播特性,模拟地面放空管道内瓦斯的爆炸环境,对管道内气体的爆炸极限、爆炸压力和爆炸火焰传播速度等进行实验分析。结果表明,在实验管道内,爆炸冲击波冲量在爆炸初期逐渐增大,达到最大值后,又逐渐减小,在靠近实验管道开口位置,冲量又突然增大。爆炸压力随实验管道的延长而增大,在靠近实验管道的开口端达到最大值。瓦斯浓度低于9%时,爆炸火焰传播速度随浓度降低而减小;瓦斯浓度高于11%时,火焰传播速度随浓度增大而减小。     

瓦斯渗流过程孔隙流体压力变化规律数值模拟研究

孔隙流体对煤岩体的变形与破坏有着不可忽视的影响,为研究瓦斯渗流过程孔隙流体压力变化规律,对国内某地煤层气开采工程进行流固耦合数值模拟分析,通过应力场和渗流场耦合比较计算分析,结果表明:考虑渗流过程孔隙压力随瓦斯排放时间增加而逐渐减小,孔隙压力随离井的距离增加逐渐增大。     

铀尾砂膏体充填材料的流动性能研究

对不同灰砂比、膏体浓度、减水剂含量的铀尾砂膏体充填材料进行了坍落度试验和粘度试验, 并结合CFD方法对铀尾砂膏体充填材料流动性能进行了数值模拟研究。试验结果表明, 铀尾砂膏体充填材料满足管道输送的最优配比为:质量浓度75%、灰砂配比1∶5、减水剂含量0.6%~4.4%; 最优配比下屈服应力53.96~131.38 Pa, 塑性粘度0.866~1.325 Pa·s。数值模拟结果表明, 铀尾砂膏体充填材料的管道阻力损失随质量浓度增加呈非线性增大, 随流速增加呈线性增大, 随管径增加呈非线性减小, 随管道弯曲半径增加呈非线性减小。     

并流旋转床压降数值模拟与实验

为探索旋转填料床压降的影响因素,采用Fluent软件对填料直径360 mm、高150 mm的CRPB3615型并流旋转床进行气液两相数值模拟研究,与实验比较得到较好验证。结果表明：旋转床内压降分布是紊乱的,气体存在局部回流现象;在一定条件下,并流旋转填料床压降随液量和气量的增大而增大,随转速的增大而减小;在气液比300（体积比）时,转速为1 200 r/min最优。     

矿井瓦斯爆炸火焰传播试验研究

通过数值模拟与实际试验,研究了瓦斯爆炸火焰在管道内传播的结构变化特性及其相应的传播规律.研究结果表明:数值模拟结果与试验结果走向基本一致,火焰传播速度随着距离爆源距离的增大,呈现出先增大后减小的规律.     

应力对煤岩瓦斯渗透率影响的数值分析

为探讨外载应力对煤岩瓦斯渗透率和原煤中瓦斯微观流动状态的影响规律,开展了不同应力加载条件下的原煤瓦斯渗流特性的实验研究,利用离散元分析软件UDEC中的可压缩流体模块,对受载含瓦斯煤的渗透特性进行了数值模拟并进行了实验验证。研究结果表明,实验结果和数值模拟结果吻合度较高;快速压实阶段,此阶段煤岩所受应力小于7.5 MPa,小于煤岩强度,煤岩的瓦斯渗透率随应力增大而减小;线弹性阶段,此阶段煤岩所受应力介于7.5~15.1 MPa之间,煤岩中原生裂隙闭合量不显著,瓦斯渗透率随应力增大不明显;塑形变形阶段,此阶段煤岩所受应力大于煤岩强度15.1 MPa,煤岩内部产生次生裂隙,并且裂隙宽度随应力的增加而增大,煤层中出现流量较大的裂隙,瓦斯渗透率随应力增大而迅速增加。     

充填料浆不同倾角弯管输送特性分析

为研究煤矸石充填料浆在不同倾角弯管内自流输送的特性,以某实际充填管路为背景进行建模,使用FLUENT软件模拟料浆在管道内的输送过程,分析不同入口流速条件下不同质量浓度料浆在不同倾角弯管内流动时的速度、压力特性及阻力损失。结果表明:各弯管出口截面处流速梯度随入口流速增大而扩大,入口速度大于1.4 m/s时,梯度差大幅度增加;当料浆质量浓度大于78%时,沿程管道阻力损失与弯管段局部阻力损失增长速率加快;弯管段局部阻力损失随弯管的倾角变小而增加,建议料浆管道输送时弯管段倾角大于60°。     

充填料浆L型管自流输送偏移特性研究

为了研究充填料浆在L型管自流输送时的偏移特性,将充填倍线、充填管径、质量浓度作为影响因素,进行了正交设计和计算流体力学(CFD)试验。研究发现:流速最大处偏移不一定最大;弯管处每个位置的最大流速皆随管径增大而减小,随质量浓度增大而增大;每个位置的偏移量均随管径增大而增大;影响最大偏移量的显著性和敏感性均为充填管径>充填倍线>质量浓度,其中充填管径为显著因素;最大偏移出现位置随充填管径增大下移,随质量浓度增大上移;最大流速出现位置随充填管径增大下移,随质量浓度增大上移,随充填倍线增大下移。建立了反映3因素下弯管最大偏移量的数学预测模型,并设计了4组验证试验,计算值与试验值差率均在2.5%以下,证实了该预测模型有效。     

瓦斯抽采过程中本煤层及邻近层储层参数演化特征

利用大型多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了近距离煤层群瓦斯抽采试验,分析了抽采过程中本煤层和邻近层瓦斯压力演化、煤层变形演化以及瓦斯压力与煤层变形耦合关系。结果表明:抽采过程中本煤层瓦斯压力呈先快后慢的下降趋势,距钻孔中心位置越近,瓦斯压降速率越大;邻近层瓦斯压力则呈近似线性下降,瓦斯压降空间差异性相较本煤层不明显;随抽采进行,本煤层变形增长速率逐渐减小;邻近层变形演化规律与本煤层基本一致,但相同时刻邻近层变形相较本煤层更小;本煤层与邻近层压降均随体积应变增大而增大,但本煤层压降与体积应变耦合关系为线性正相关关系,而邻近层压降与体积应变耦合关系为正指数函数关系。     

浓密膏体局部管件阻力损失试验研究

高浓度粘稠物料通过管道输送时会形成"浓密膏体",属于现代管道输送技术新领域。为研究膏体在局部管道内的阻力损失,文章基于Φ200mm循环管道输送试验系统,测量不同浓度的煤泥在不同流速下弯管以及垂直管压力损失与直管压降的变化规律,通过对实验数据进行分析,最终得到90°弯管每米压降是水平直管每米压降的1.27~1.74倍,垂直管每米压降是水平直管每米压降的1.10~1.90倍,对工业现场膏体煤泥管道输送摩阻损失的计算具有一定的参考价值。     

基于CFD的超重力分离净化装置的流场分析

利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对超重力分离净化装置内部的流体流动进行了数值分析与模拟,并且观查转速、进口速度、压降的变化对油雾颗粒速度的影响。结果表明,油雾颗粒的速度和压降随着转速增大而增大,对油雾径向速度影响不大。根据数值分析结果,可以对气-液两相流高速分离净化装置的设计提供可靠的帮助。     

基于L型管道料浆输送性能试验研究

充填倍线是管道自流输送的重要参数。采用简单的L型管道,基于流体力学及浆体管道自流输送理论,研究不同配比、浓度的料浆与充填倍线及输送阻力间的关系。结果表明:相同配比条件下,充填倍线随浓度的增大而减小,输送阻力随浓度的增大而增大;不同配比条件下,当浆体浓度低于70%时,输送阻力随配比增大而减小,而浓度高于70%时,减小配比具有降低浆体输送阻力的效果。最后建立了4种配比情况下充填倍线与输送阻力的回归模型,研究结果可为矿山管道自流输送提供理论依据。