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。     

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。     

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CFD的3点放样弯管冲蚀模拟研究

弯头是管道冲蚀破坏中最脆弱的部分，直接决定管道的寿命。针对这一问题，提出一种3点放样弯管结构，并采用数值模拟技术对其抗冲蚀特性进行研究，详细分析了不同微米级颗粒粒径、流速、颗粒质量流量等对最大冲蚀率的影响。模拟结果表明：弯管冲蚀主要发生在弯管外侧。不同3点放样管均具有一定的抗冲蚀效果，且3点放样管最大直径越大，抗冲蚀效果越明显，这一规律不随流速、颗粒质量流量的变化而变化。虽3点放样弯管最大直径越大抗冲蚀效果越好，但能耗随弯管最大直径的增大线性增加，故需保证在能源消耗范围内尽量减少冲蚀。文中的研究结果为弯管的耐磨设计提供指导作用。     

水力压裂管柱弯管处的固体颗粒冲蚀研究

为了研究固/液两相流体对压裂管柱弯管处的冲蚀问题,运用DPM冲蚀模型对弯管处在不同固相颗粒体积分数条件下的冲蚀进行计算与分析,追踪固体颗粒粒子路径,研究结果表明:弯管内壁管径最大区域最易产生冲蚀;在不同固相颗粒体积分数条件下,弯管最大冲蚀率随着固体颗粒含量的增加而增加,且固相颗粒体积分数与弯管的冲蚀率呈线性变化趋势。     

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。     

模拟分析小颗粒对T型管的冲蚀

T型管道在天然气输送中较为常见的管件,气体在管道内流动时流向会发生改变导致气体直接冲击管壁,此时气体内夹带的微小颗粒也会冲击管壁,形成冲蚀降低管道输送的安全性。为了充分了解颗粒对管壁冲蚀影响,以两端为入口,一端为出口的T型管为研究对象,利用FLUENT模拟不同流速下产生的冲蚀情况。在T型管的一个入口端注入小颗粒并且保持入口条件不变,另外一个入口端不加颗粒而改变气体的速度来观察产生冲蚀的情况。结果显示改变无颗粒进气端的速度会对冲蚀的位置产生影响,同时冲蚀的程度也会产生一些变化。对比分析在不同气体流速下管道内压力云图、速度云图和流线图,来揭示颗粒的运动规律进而说明气体流速对于颗粒对于管壁冲蚀的影响。为实际生产中确定管道危险位置提供依据。     

水平弯管内水合物浆液流动安全分析

以弯管系统中水合物浆液输送过程为研究对象,通过数值模拟对影响该系统中水合物颗粒最大体积分数的3个因素(入口水合物体积分数、流速和粒径尺寸)进行分析。结果表明:水合物粒径较小时,弯管系统中水合物最大体积分数与速度之间趋近于线性关系,而随着水合物颗粒粒径的增大,弯管系统中水合物的最大体积分数变化趋势趋于平缓;水合物浆流速较小时,弯管系统中水合物最大体积分数受粒径的影响较大,随着流速加快,水合物最大体积分数受粒径影响逐渐减小;增大浆液运行速度可以使得弯管系统中水合物最大体积分数会有一定的稳定性,但同时也会导致弯管外拱璧的压力增大、弯管内壁处压力急剧降低,加剧管道腐蚀,大大毁坏了管道结构。     

不同尺寸异径管的冲蚀数值模拟研究

运用Fluent软件中的DPM模型对不同入口颗粒浓度下不同尺寸异径管的冲蚀磨损进行数值模拟研究。通过数值模拟得出异径管冲蚀情况与入口浓度和尺寸之间的关系。结果表明,不同尺寸异径管的严重冲蚀区域都位于变径区域壁面;在相同的入口速度下,异径管的冲蚀磨损随着入口浓度的增大而上升;异径管的冲蚀磨损随着变径角度的上升成先上升后下降的现象,且冲蚀严重区域形状随角度的上升从斑点状向环状转变,并存在最严重冲蚀角度。     

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。     

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。     

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。     

稠油管道90°弯管流场及应力分析

以输送稠油的90°弯管为研究对象,对稠油流经弯管进行流场和应力的分析。利用Anton Paar MCR302可视化流变仪测得了稠油的粘温曲线,并借助Fluent与Ansys软件对弯管进行热流固耦合模拟计算。对稠油样品在不同温度及流速下流经管道弯头进行了流场和应力的研究和分析。研究结论可为进一步研究稠油流经弯管的冲蚀机理提供理论依据。     

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。     

通风管路90°弯管壁面颗粒磨损的数值模拟

基于离散颗粒模型(DPM)对通风除尘管路90°弯管进行气-固两相流动数值模拟,计算了无烟煤颗粒对90°弯管的磨损率,分析了弯管弯径比(弯管曲率半径R与管道直径D之比)、气流入口速度、颗粒粒径及管壁材料等对弯管磨损的影响,并将模拟结果与文献实验值及经验公式计算值进行比较.结果表明,模拟结果和经验公式计算值及实验数据吻合较好,表明模拟结果基本可信;入口风速和颗粒粒径一定时,弯管的磨损率随弯径比增加先减小后增大,当R/D=3～4时,弯管磨损较小;R/D一定时,90°弯管的磨损率E与速度V的关系式为E=KV1.08～1.32,且V=0～5 m/s时,磨损率随速度变化较小,当V5 m/s时,磨损率随风速变化较大;弯管磨损率与颗粒粒径dp的关系式为E=Kdp2.38～3.01,且R/D越小,磨损率随颗粒粒径变化越明显.而d_p5μm时,弯管磨损率几乎为0;管壁材料特性(如布氏硬度)也会影响磨损率,布氏硬度大的材料磨损率较小,而布氏硬度小的材料磨损率较大.     

弯管体系内浆液流动分析

针对弯管系统中易在弯头处出现水合物堵塞的现象,以弯管系统中水合物浆液输送过程为研究对象,通过数值模拟对影响弯管系统中水合物颗粒最大体积分数的2个因素(颗粒直径、管径)进行了分析。结果表明:当水合物浆流速较小时,弯管系统中水合物最大体积分数受粒径的影响较大,即随着粒径的增大,水合物的最大体积分数趋近迅速增大的状态,而当浆液流速较快时,水合物最大体积分数受流速影响较大;管径的增大可以减小水合物颗粒直径对弯管系统中水合物最大体积分数的影响,到管道直径达到200 mm时,水合物颗粒直径的变化几乎不会影响水合物最大体积分数。研究结果为水合物浆液混输领域的发展提供理论依据。     

基于DDPM模型的气力输送弯管冲蚀模拟

通过稠密离散相模型(Dense Discrete Phase Model, DDPM)和标准k-ε湍流模型探究了气力输送弯管的冲蚀情况和颗粒运动情况。数值模拟结果表明,颗粒流经弯管时,会撞击弯管外侧壁面的中部,导致此处弯管的冲蚀速率最大,冲蚀形貌呈现“V”型。在流体曳力和颗粒惯性力的共同作用下,弯管的冲蚀速率随气体速度的增加而增加,随管道压力的增加而减小,随弯管半径的增大而减小,由冲蚀角度考虑应尽量选择方位为竖直管道A的气力输送弯管,其冲蚀速率相对竖直管道B减小8.5%。     

垃圾焚烧锅炉省煤器冲蚀模拟及优化研究

以某600 t/d垃圾焚烧锅炉省煤器管束及烟道为研究对象，针对其在长期运行中因受到烟气冲蚀磨损而导致失效问题，基于FLUENT软件和粒子运动学，采用SST k-ω模型和DPM模型对省煤器管束间烟气流与烟灰颗粒运动进行模拟研究，提出用一种波浪导流板进行优化，并在烟气流速、烟灰粒径、质量流量三因素下进行了对优化前后省煤器冲蚀影响的对比分析。结果表明：省煤器管束的平均冲蚀速率随烟气速度、烟灰粒径和质量流量的增大而增加，优化后的平均冲蚀速率降幅，三因素中烟灰粒径最大；在其入口设置波浪导流板后，省煤器管束的冲蚀现象明显改善，为其防护和优化改造进而提高使用寿命提供了重要参考与数据支持。     

放射性废树脂颗粒在垂直弯管内水力提升的分布仿真

针对放射性废树脂在垂直弯管内颗粒分布规律,采用计算机流体力学的方法对不同工况下的参数进行数值模拟和分析,以某品牌强酸性核级阳离子交换树脂和强碱性核级阴离子交换树脂为例,流体模型采用双欧拉模型,考虑湍流与重力的影响,使用COMSOL软件对废树脂和水在垂直弯管中的流动进行仿真,研究浆体流速、树脂密度、颗粒粒径、和体积浓度对垂直弯管内放射性废树脂颗粒分布的影响。研究结果表明:流速大对颗粒的均匀分布有利,树脂密度小对颗粒的均匀分布有利;颗粒粒径大小对树脂颗粒分布区域影响较小,但较大的粒径引起的颗粒浓度变化较大;较大体积浓度有利于对废树脂输送效率,但需考虑颗粒浓度大对管道的磨损影响。     

中浓度气力输送弯管压力降数值模拟研究

对于中等浓度气力输送90°弯管内的气固流动状态进行数值模拟研究,并对水平转垂直、垂直转水平,不同弯径比(R/D=1.5~6.0)的90°弯管,均匀和非均匀粉体颗粒流过弯管的压力降Δp进行了模拟计算。结果表明,在同一气体流速下,不同R/D的弯管的Δp变化显著;存在一个使Δp最小的R/D值。在模拟的条件范围内,弯管内粉体颗粒的速度分布随R/D变化。并讨论了不同R/D的粉体颗粒流动对弯管压力降及管壁磨损的影响。在同样操作条件下,对煤粉输送进行了弯管压力降数据模拟,其模拟计算结果与周建刚等人的试验结果吻合良好。