90°方弯管内气相流场的数值模拟与分析

采用Fluent软件提供的大涡模拟(LES)方法对90°方弯管内气相流场进行了数值模拟,重点考察不同空间倾角对弯管内二次流形态的影响规律。模拟结果表明,90°方弯管下倾后,其内部的气相流场与水平弯管存在较大差异,二次流现象延缓发生,回流区减少,有利于改善弯管内的流动状态;随着空间倾角的增大,弯管出口截面的切向速度不断增加,有利于流场内气固两相的分离,但系统压降也随之增大,导致系统能量损耗,因此工程应用中应优化确定合适的空间倾角。     

壁厚不均匀弯管应力分析建模新方法

基于长输管道中弯管壁厚在经向与周向存在不均匀性,提出了一种新的弯管模型。通过对比内压作用下均匀壁厚弯管平均应力的有限元模拟值与理论值,验证了弯管建模方法的可靠性。运用新的弯管建模方法,得到了不均匀壁厚弯管在内压与面内弯矩联合作用下的应力分布规律。运用应力分离技术分析了不均匀壁厚弯管薄膜应力与弯曲应力的分布特征。研究结果表明,不均匀壁厚对弯管薄膜应力的分布有较大影响;适当的壁厚不均匀有利于增强弯管承受内压的能力;不均匀性壁厚弯管进行强度校核时,应适当增大经向和周向的弯曲应力增强系数。研究结果可为实际弯管的设计制造和安全评价提供依据。     

90°方弯管内气相流场的数值模拟与分析

采用Fluent软件提供的大涡模拟（LES）方法对90°方弯管内气相流场进行了数值模拟，重点考察不同空间倾角对弯管内二次流形态的影响规律。模拟结果表明，90°方弯管下倾后，其内部的气相流场与水平弯管存在较大差异，二次流现象延缓发生，回流区减少，有利于改善弯管内的流动状态；随着空间倾角的增大，弯管出口截面的切向速度不断增加，有利于流场内气固两相的分离，但系统压降也随之增大，导致系统能量损耗，因此工程应用中应优化确定合适的空间倾角。     

负压气力输送系统弯管内流场数值模拟与设计优化

在负压气力输送系统长期使用中,会因为弯管磨损而产生漏料。采用有限元分析软件ANSYS ICEM,对弯曲半径R与管道内径D的比值分别为2、 3、 4、 5的弯管内气固两相流动情况进行数值模拟,揭示不同R/D下,气固两相的体积分数、速度、受压区域壁面切应力及颗粒拟温度等流场分布信息,分析弯管形状参数对磨损的影响。数值模拟结果表明,R/D=4的弯管设计结构合理,弯管内固相体积分数、粉体速度最大值、受压区域切应力最大值均最小,粉体的脉动强度最低,有利于减缓弯管磨损。依据数值模拟分析结果,结合生产实际提出了减缓弯管磨损、延长弯管使用寿命的设计优化方法。     

土耳其TANAP工程用感应加热弯管制造标准及技术难点

为了适应土耳其TANAP管线项目用感应加热弯管的技术要求,对TANAP工程标准与国内常见标准的主要差异进行了对比,同时对管体力学性能、几何尺寸控制及测量、制造工艺、内防腐工艺、静水压试验等主要技术难点进行了研究。指出,采用系列热模拟试验以及设置多组测温位置等手段制定了精准的生产工艺,兼顾弯管的强度和韧性;开发"夹具开合+线圈移动"法实现弯管整体加热;引进了管端扩径技术装备以及管端仿形技术,保证了管端外径尺寸、椭圆度及坡口加工质量;开发弯管内防腐机械化自动喷涂以及静水压试验设备完成弯管内减阻层涂覆及静水压试验。生产实践表明,为解决主要技术难点开发应用的新工艺、新技术和新设备可以满足TANAP项目弯管生产的需要。     

135°弯管内硫浆输送的数值模拟

采用欧拉-欧拉法,对硫浆在135°弯管内的流动状态进行数值模拟。通过和Toda实验的90°弯头对比进行模型的验证。验证结果表明,模拟值和实验值吻合良好。对相同操作条件下45°和90°弯头的压降进行了比较分析,分析了硫浆体积分数和硫浆速度对弯头压降的影响。同时,研究了硫浆体积分数和硫浆速度对135°弯管内流动状态的影响。对本研究所针对的管道而言,当硫浆体积分数为0.15时,建议输送速度大于1.2m/s。     

基于COMSOL软件的直角弯管声波传播特性规律研究

基于声波传播理论,建立并推导了声波在弯管处的Helmholtz方程。采用COMSOL Multophysics软件的压力声学模块,对不同弯曲半径的直角弯管进行频域分析,研究了不同弯曲半径弯管内声波传播特性规律。研究结果显示,弯曲半径对弯管内声波散射系数和传输损耗具有显著影响,弯曲半径较大的弯管曲率较小,弯管内声波散射效应较弱,传输损耗较小,声压级较高;弯曲半径较小的弯管曲率较大,弯管内声波散射效应较强,传输损耗较大,声压级较低。低频段内,声波波长大于弯管弯曲半径,散射系数与传输损耗较小;高频段内,声波波长接近或小于弯管弯曲半径,散射系数与传输损耗较大。     

基于CFD的排屑管路弯头局部冲蚀磨损研究

排屑管路弯头磨损失效是气体钻井中的常见问题,严重影响钻进效率。为深入研究弯头磨损机理,采用计算流体动力学CFD软件对弯头内气固两相流场进行了数值模拟研究。研究结果表明,高速气流携带岩屑经过弯头时,受惯性力作用,岩屑颗粒在外壁面一侧汇聚,造成管壁冲蚀磨损,磨损区域位于弯头30°~60°转角位置,弯管磨损速率的最大值远高于其平均值,说明弯管局部刺漏要远早于弯管的整体磨损失效。根据弯头磨损分布特点,对排屑管路弯头进行结构改进,在壁面主要磨损位置设置挡板。现场试验结果表明,连续钻进80 m,弯管没有刺漏,钻进效果显著提高。     

基于CFD的排屑管路弯头局部冲蚀磨损研究

排屑管路弯头磨损失效是气体钻井中的常见问题,严重影响钻进效率。为深入研究弯头磨损机理,采用计算流体动力学CFD软件对弯头内气固两相流场进行了数值模拟研究。研究结果表明,高速气流携带岩屑经过弯头时,受惯性力作用,岩屑颗粒在外壁面一侧汇聚,造成管壁冲蚀磨损,磨损区域位于弯头30°⁶0°转角位置,弯管磨损速率的最大值远高于其平均值,说明弯管局部刺漏要远早于弯管的整体磨损失效。根据弯头磨损分布特点,对排屑管路弯头进行结构改进,在壁面主要磨损位置设置挡板。现场试验结果表明,连续钻进80 m,弯管没有刺漏,钻进效果显著提高。     

X80感应加热弯管回火工艺研究

回火工艺是X80感应加热弯管制造工艺中的重要组成部分,对提高弯管强韧性、消除应力、降低硬度、改善弯管综合力学性能有重要的影响。采用热模拟技术、力学性能检测技术、金相分析技术研究了回火工艺对X80感应加热弯管组织性能的影响规律。对不同回火工艺下的X80管线钢组织和性能进行了分析比较,确定了感应加热弯管回火热处理的最佳工艺参数。     

输油管道双转角弯管内多相介质流动特性研究

为揭示网管内多相流流动机理指导管网系统优化设计,采用Eulerian-Eulerian方法,运用雷诺应力模型对不同雷诺数下双转角弯管内流场特性及多相介质分布规律进行数值模拟,分析了弯管内速度场、压力场、浓度场以及涡流的分布,对不同雷诺数下管道内部及出口位置多相介质分布进行系统分析。结果表明：弯管内的涡流不仅影响速度场分布,同时也会使管道局部压力升高,并扰乱离散相介质运动轨迹。涡流发生的位置主要集中于弯管出口处,涡流区内轻质相分布于涡流中心,重质相分布于涡流外侧。随着雷诺数的增大,涡流强度升高,管道局部压力上升。     

Studv on Tempering Process of X80 Induction Heating Bend

回火工艺是X80感应加热弯管制造工艺中的重要组成部分,对提高弯管强韧性、消除应力、降低硬度、改善弯管综合力学性能有重要的影响.采用热模拟技术、力学性能检测技术、金相分析技术研究了回火工艺对X80感应加热弯管组织性能的影响规律.对不同回火工艺下的X80管线钢组织和性能进行了分析比较,确定了感应加热弯管回火热处理的最佳工艺参数.     

原油流经180°弯管内壁面压强分布计算公式

应用FLUENT软件分析了原油流经180°弯管时,内压P随弯管出口压强P_0、入口流速v、流体密度ρ及弯管弯曲度k=R/D变化的分布规律,建立了相应135种工况内压P分布数据库;据弯管内壁面压强P在不同参数(P_0、v、ρ、k)下的分布、变化规律,应用1stOpt软件分析拟合了弯管内压分布计算公式;并通过11种工况FLUENT数值模拟结果比对,验证了该公式的计算精度(最大相对误差d≤0.045%),为高压、高流速、长距离输油管道和弯管设计及其安全性评估提供了依据。     

天然气管道材料磨损特性测试研究

天然气所携带的固体颗粒会导致管道严重的磨蚀，而弯管的磨损则是管道系统失效的主要形式。本文从输送速度、所输送物料硬度及形状尺寸、磨粒撞击角度、弯管的材料和几何尺寸等，在气粒输送系统中对弯管磨损进行研究，用实验结果模拟了现场条件下弯管的磨蚀情况，为涩北气田工程管配件的选择和地面除砂设备的研制提供依据。     

90°弯管内高黏原油水环流动特性的数值研究

环状流输送稠油技术正受到越来越多的关注。在水环输送高黏原油的过程中,不可避免地会经过弯管等部件,在弯管中离心力的作用下核心油流靠近壁面,容易失稳。运用FLUENT软件,采用VOF模型针对90°弯管进行油水环状流的数值模拟研究,通过不同界面张力的对比研究其维稳特性。结果表明,界面张力对90°弯管中水环的稳定性有显著影响,在模拟条件下油水界面张力增大至0. 25 N/m时对水环通过90°弯管的维稳效果最好。     

基于FLUENT的90°弯管内水环流动特性研究

稠油由于其黏度过高,直接管输的难度较大,因此水环输送高黏原油作为一项高效节能的输油技术越来越受到关注。在高黏原油实际输送的过程中,水环会经过弯管部件,而在此过程中水环容易污染壁面,降低输送效率。运用CFD软件针对水环在90°弯管内的流动进行分析,通过不同流动参数的对比研究其维稳特性。结果表明:在模拟条件下,当流速增加至0.9 m/s时水环在离心力的作用下偏心严重;当油水密度比较小时,水环在浮力的作用下偏心严重,甚至可能污染壁面;在一定范围内改变黏度比对弯管中的环状流影响较小。该研究结果可为水环在90°弯管内流动参数优化提供理论参考。     

内壁淬火硬化合金管组织性能研究

为了对内壁淬火硬化合金管组织性能进行研究,采用化学分析、金相试验、硬度试验、冲击试验以及拉伸试验等方法,分别对合金管成分、力学性能及其金相组织等方面进行了检验和分析。试验结果显示:内壁硬化合金管化学成分主要为C、Si、Mn元素;经过内壁淬火后,直管和弯管试样内层组织均为马氏体,直管淬火层平均深度约为5.9 mm,弯管约为7.9 mm;直管淬火层平均洛氏硬度HRC50,弯管淬火层平均洛氏硬度HRC40;直管和弯管内表面层经过淬火后组织不均匀。分析结果表明,内壁淬火硬化合金管具备一定的耐磨损性,可以作为输矿用耐磨管并安全服役;直管和弯管内表面层经过淬火后组织不均匀,后期可改进淬火工艺,使组织均匀进而真实反映管材强度。     

弯曲角度对油气两相混输弯管冲蚀影响研究

冲蚀是导致油气管道磨损的重要原因之一,会降低管道的运行寿命,增加弯管泄漏失效的频率。为了研究弯管角度对冲蚀磨损的影响,分析其内部的冲蚀机理,本文采用了CFD-DPM方法,对不同弯曲角度油气混输弯管的内部流场进行了数值模拟。结果显示,冲蚀速率与弯管角度呈正相关,并且当弯管角度增加至90°时,冲蚀速率会大幅增加,此时最大冲蚀速率为4.609×10-7kg·m-2·s-1,平均冲蚀速率为3.37×10-9kg·m-2·s-1;当弯曲角度较小时,冲蚀主要分布于弯管和其下游直管部分,随着角度增大,冲蚀轮廓逐渐向弯管部位集中;弯曲角度的变化,会减小油滴与下游直管的碰撞频率,并使油滴对弯管的冲击角更易导致冲蚀;弯管角度增大会使其内部的速度梯度范围扩大,从而导致二次流的广泛分布。     

某海底输送管线腐蚀失效分析

通过宏观形貌观察、理化性能检验、扫描电镜及能谱分析等分析方法,对某海底输送管线穿孔原因进行失效分析。结果表明:弯管内壁腐蚀产物成分主要为FeCO_3和Fe_3O_4,弯管外壁腐蚀产物成分主要为FeCO_3和FeOOH;含腐蚀性气体的水介质、压强较大的点主要分布在弯管外侧,弯管外弧侧的腐蚀环境较内弧侧更恶劣,腐蚀趋势较内弧侧更大,易发生腐蚀穿孔;弯管内壁外弧侧穿孔前为CO_2腐蚀,穿孔方向由内壁向外壁,穿孔后,弯管内、外壁同时遭受CO_2和氧腐蚀。     

西气东输管道工程用高强度感应加热弯管的选材研究

结合西气东输工程用弯管国产化研究项目,选用不同成分的X70微合金控轧钢进行试验室热模拟和工厂弯管热煨制试验,对X70控轧钢二次加热后强韧性的影响因素进行了研究。提出了在碳当量一定的条件下,调整钢中C、Mn、Mo等强淬透性合金元素的比例,以利于弯管的成型;制定出了油气输送管道工程用X70感应加热弯管选材技术条件。按照此条件选用与干线管化学成分相近的含Nb低碳微合金控轧钢,研制生产出了可焊性和综合力学性能与干线管强度和韧性相匹配的X70大口径弯管,该研究成果在西气东输工程和陕京二线工程中得到直接应用。