多相混输管道弯管流动腐蚀数值计算

凝析气田管道中含有气液两相,在弯头处经常发生腐蚀穿孔现象。针对这一现象,利用计算流体力学方法,根据流体流动的规律,建立了弯管流动腐蚀的数学模型,运用有限元法来解方程。研究发现弯管的流动腐蚀与流体的运动息息相关,多相流经过弯管后流速、液相分布、湍动能、压力的大小和分布都发生了变化,引起管壁处某些部位剪切应力、含液率、湍动能、压力发生变化,加速了弯管的腐蚀。研究结果可以为弯管流动腐蚀的理论研究和多相混输管道安全管理提供指导。     

水平90°弯管内冰浆流体流动特性的数值模拟

以水平面上90°弯管内冰浆流体等温流动为研究对象,采用双流体混合模型,借助于计算流体力学(CFD)模拟方法,研究了90°弯管内冰浆流体三维流动特性.结果表明,冰浆流体在弯管内湍流流动过程中,会呈现出类似于单相流体流经弯管时的二次流现象.弯管内的二次流动加剧了冰粒子与液体相间的混合,使得冰粒子在弯管出口截面处趋于均布.通过比较不同湍流模型计算获得的冰浆流体管道压降,发现模拟值与实验值间的相对误差均可控制在士20％内,但模型精度不尽相同;当浆体处于低速高浓度区域时,k-ε湍流模型预测效果较为理想.随着冰粒子浓度降低,由k-ω和SA(Spalart-Allmaras)湍流模型得到的管道压降模拟结果与实验测试值更为接近.     

90°弯管内湍流流动的数值模拟

进行了90°弯管内湍流流动的数值模拟实验。结果表明,切向速度在开始旋转阶段内侧的速度增大、压力减小,外侧速度降低、压力增大;当转过60°截面后,外侧的速度增大、压力减小,内侧速度降低、压力增大。弯管内流体旋转产生的离心力导致压力分布的变化,使得弯管内流体产生垂直于主流切向速度的轴向速度和径向速度,形成了二次流。90°弯管流场是主流切向速度与二次流的叠加,呈现出复杂的三维流动特性。     

90°弯管流动加速腐蚀的实验和数值模拟

针对超\超超临界机组给水、疏水系统的流动加速腐蚀(FAC)问题,采用了实验和数值模拟相结合的方法来分析90°弯管的腐蚀情况。实验中,利用电化学方法测得不同入口速度下弯管的FAC速率,并对实验数据分析;利用数值模拟的方法,计算出不同入口速度下弯管的流场;最后,基于M.I.T模型,在常温条件下简化90°弯管的FAC模型,结合场协同理论从流体动力学角度分析了弯管不同位置的FAC分布的特点及影响因素,得出在沿流动方向上传质系数越高,指向截面中心的径向速度越大,弯管FAC速率越大。     

弯管内部油水两项流的数值模拟

在油井出油管道以及石化生产中,油水两项流是非常常见的现象。为了减少能耗、便于制订防腐措施,利用GAMBIT软件建模以及FLUENT软件的可实现模型对弯管中油水两项流的压力场和速度场进行模拟。结果表明,管内入口直管压力呈逐阶减小趋势;弯管内壁出形成低压区且又内向外逐渐增大;而速度分布正好与压力分布规律相反,恰好与自由涡流理论的模型相符。且通过对油水两项所占体积分数分别为30%、50%、80%三种情况的模拟得出,由于水密度大于油的原因,随着油相体积分数的下降,管内整体压强减小,整体速度增大。     

导流弯管数值模拟分析

以商用软件FLUENT为平台,对带双导流片及折流片的弯管内流体流动进行数值模拟计算,分析弯管内流体的速度云图及出口截面直径方向上的速度变化,据此判断导流措施对弯管流体流动特性的改善效果,计算结果表明:双导流片能较好的调节弯管内的流速,使弯管内及其出口流体流速均处于一较均衡的状态。     

含90°直角弯管结构受限空间油气泄压爆炸实验与大涡模拟研究

针对含90°直角弯管结构受限空间油气泄压爆炸特性进行了研究,采用高速摄影等技术对爆炸过程中的压力瞬变、火焰形态进行了采集,同时对实验进行了大涡模拟,精确模拟了火焰经过弯管时的超压特性、流场结构以及火焰形态,并与实验结果进行了对比分析。结果表明：（1）弯管结构对于爆炸过程中火焰结构有影响,在受限空间内火焰形态发生“半球形-指尖形-毛刷状”三种形态转变。（2）在弯管处形成的毛刷状火焰是由弯管局部压力梯度形成的涡流导致的。（3）衍射波与反射波在弯管处的叠加对爆炸超压峰值具有强化作用。（4）爆炸过程中,爆炸超压峰值、火焰速度、火焰锋面面积表现出显著的耦合性,具有密切的内在联系,三者随时间变化趋势存在较强的一致性。     

孔板管道流动加速腐蚀受温度影响的数值模拟

电厂汽水管道的运行中,流动加速腐蚀（FAC）普遍存在且威胁着管道系统。为很好预测电厂管道流动加速腐蚀,本文基于电厂管道实际工况,采用流体动力学软件根据温度变化相应地调整水的物性参数,模拟了孔板管道下的流场,观察高速及高湍流动能分布区域,模拟计算得到不同温度下溶解度、速度、壁面剪切力及传质系数的变化,并结合流动加速腐蚀预测模型更精确地分析了温度对流动加速腐蚀的影响。结果显示：温度通过影响速度及黏性系数,进一步影响到壁面剪切力及传质系数,最终影响到FAC速率;传质系数与溶解度均受温度影响,在150℃以下,温度对FAC速率的影响显著且主要是通过传质系数实现的;FAC速率在Z/D≈0.7~1.0达到峰值,在Z/D≈3.8~4.3出现第二峰,这两处为孔板管道高危腐蚀区域。     

180°矩形弯管流场的实验测量和数值模拟

引言 弯管广泛应用于化工、石油、水利、发电等工业领域,如离心式压缩机的流道、离心泵的流道、流体输送管道的转向等.弯管流道内的流体流动不同于一般直管流道的流体流动.由于流体在弯管流道中受到管道曲率的影响,流动时产生指向弯管外侧的离心力,导致压力分布发生变化,进而引发切向速度分布发生变化.     

90°弯管冲蚀磨损的数值模拟研究

利用FLUENT软件中的DPM模型,对含少量固体的90°液体管道内的冲蚀磨损情况进行了数值计算,得到了90°弯管中冲蚀磨损最严重的部位,并且流体对弯管的冲蚀磨损速率随着弯管中流体速度的增大而呈线性增加,随着弯管中颗粒含量的增加而呈线性增加,且弯管的最佳弯曲半径为R=1.5D或R=2D。     

二种开缝翅片特性的试验及数值模拟比较研究

为了强化空冷器的换热性能,利用红外热像仪和Fluent软件等对增压空冷器空气侧的X型及圆环扇面型2种4排开缝翅片的传热和阻力性能进行了试验和数值模拟研究,在试验的Re数范围内得出了传热和阻力的特性曲线,并通过模拟得出了气流在2片翅片间的温度场、流场以及阻力和换热特性曲线在试验Re数范围内的对比。结果表明,数值模拟与试验值基本吻合,X型开缝翅片的传热性能不仅高于圆环扇面型开缝翅片,同时X型的压力损失还小于圆环扇面型开缝翅片。     

拔头油热裂解制乙烯反应动力学模型及模拟

针对拔头油热裂解的反应动力学进行了研究,结合前人经验构造一个新的分子反应动力学模型,并将新模型应用于针对石化研究院的拔头油热裂解制乙烯标定实验的模拟,模拟结果与实验结果相符合,新模型能较好地反映实验室热裂解过程。为进一步研究工业拔头油热裂解的分子反应动力学模型提供了基础,能更好地对拔头油热裂解过程实现数值模拟。     

Direct numerical simulation of surfactant solution flow in the wide‐rib rectangular grooved channel

The turbulent flow of surfactant solution in the wide‐rib rectangular grooved channels was studied by direct numerical simulation. Moreover, the variations of near‐wall streamwise vortices with time were discussed and the distributions of streamwise vortex radius, swirling strength and density were quantitatively investigated. It was found that the influence of microgrooves on the fluid mainly occurred within the buffer layer and microgrooves could induce numerous streamwise vortices with small size and swirling strength within the grooved valleys. The drag‐reducing enhancement mechanism of microgroove in the surfactant solution could be mainly considered as the competing results between the “restriction effect” and “tip effect” of microgroove, and the essential factor should be the numerous secondary streamwise vortices with small size and swirling strength within the grooved valleys. Furthermore, a predicted method for the optimal drag‐reducing size of microgroove was proposed, and the prediction values agreed well with the numerical results. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 2898–2912, 2018     

螺旋板换热器数值模拟模型的建立

为了对螺旋板式换热器进行数值模拟,建立了换热器的数学模型.使用等角度间隔将换热器中的流体分为多个流动单元,将换热面分为多个传热面单元,建立了流动单元与传热面单元之间的对应关系.应用传热学原理建立了螺旋板式换热器的数学模型.利用这一模型,对实际型号的螺旋板换热器进行了模拟计算,得到了换热器内的温度分布、总传热系数及总流动...     

两相均流板对弯管中气固两相运动分布特征的影响

针对燃煤电厂烟气污染物脱除设备入口弯管内气固两相分布不均的问题提出一种新型两相均流板,采用CFD数值模拟首先对比分析了安装两相均流板与常规导流装置的均流效果,之后详细研究了新型两相均流板对弯管水平出口管道中气流速度、颗粒质量分布规律的影响以及板型及板间夹角对两相均流板均流效果的影响,并结合Design-Expert响应面法获得两相均流板的最优结构,将最优结构应用于工业性实验中,最后将计算结果与工业性实验数据进行了比较。结果表明:弯管内安装两相均流板较安装导流板/三角翼挡板气固两相均流效果更优,既可以使气固两相均匀分布又可以有效降低系统的压阻;随板间夹角的增大,管内的气流速度分布以及颗粒的质量浓度分布呈阶段性变化,而管内的压降则随板间夹角增大而增大;最佳两相均流板结构为夹角为75.49°的直板型两相均流板。模拟与实验结果吻合较好,利用提出的数值模拟方法可以详细真实地模拟计算大型及具有复杂内部结构的除尘器入口弯管中气固两相流动。     

MOCVD生长GaN的反应动力学分析与数值模拟

提出了GaN生长的主反应和寄生化学反应模型,用主反应和与主反应平行进行的寄生反应来描述GaN的实际生长过程,并将此数值模拟得到的GaN沉积速率和文献中的实验数据进行了对比,发现与在实际MOCVD反应器上相同反应条件时得到的实验数据吻合较好。此外还发现TMGa浓度对GaN的生长速率有较大影响,但并非简单的线性关系。     

CMAS corrosion resistance,thermal shock resistance and numerical simulation of novel surface micromesh thermal barrier coatings

Thermal barrier coatings (TBCs) are widely used as insulating layers to protect the underlying metallic structure of gas turbine blades. However, the thermal cycling performance of TBCs is affected by their complex working environments, which may shorten their service life. Previous studies have shown that preparing a mesh structure in the bonding layer can relieve thermal stress and improve the bonding strength, thereby prolonging the service life of TBCs. In this paper, a micromesh structure was prepared on the surface of the bonding layer via wet etching. The microstructure and failure mechanism of the micromesh TBCs after CMAS (CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂) thermal erosion were investigated. Numerical simulation was combined with thermal shock experiments to study the stress distribution of the micromesh-structured TBCs. The results showed that the circular convex structure can effectively improve the CMAS corrosion resistance and thermal shock resistance of TBCs.     

简化PDF模型对Texaco气化炉的三维数值模拟

应用商业CFD软件Fluent建立气化过程热态模型,对某化肥厂Texaco水煤浆气化炉进行了三维数值模拟。计算中采用简化PDF模型描述炉内的化学反应,将水煤浆看作燃料流,氧气看作氧化剂流;根据对冷态流场的计算,采用六面体结构网格为主的网格划分;Realizable k-ε湍流模型封闭湍流方程;dpm模型考察气体和颗粒相耦合;随机轨道模型对颗粒相进行追踪,P-1辐射模型计算炉内辐射特性;同时编制UDF函数模拟焦炭和O₂、H₂O、CO₂以及H₂的颗粒异相反应。通过与工业数据的对比,证明该模型能够真实反应气化炉内的物理特性,同时表明工业炉内的同相反应基本达到化学平衡。