冲洗油管液固两相流磨损机理及预测方法研究

发布时间：2017-10-19 19:17

  本文关键词：冲洗油管液固两相流磨损机理及预测方法研究

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【摘要】：我国能源格局的特点是“富煤、缺油”,发展以煤炭为原料的煤直接液化工程是优化能源结构,保障能源安全的重要措施。煤液化工艺全过程涉及煤粉、矿物质等固相的多相流输送,特别是液-固两相流体系颗粒相的沉积、聚集行为,极易造成管道的冲蚀减薄穿孔,失效机理极为复杂。因此,揭示液-固两相流体系管道的冲蚀磨损机理,建立定量的磨损预测评价方法,是进行管道风险评定,提升管道运行安全的重要途径之一。本文以某煤液化工艺MOGAS球阀小直径(DN 20)冲洗油管道的冲蚀磨损失效为研究对象,结合液-固两相流典型管材A182F347的冲蚀磨损性能试验测试,建立冲洗油管道的冲蚀磨损数理模型,并仿真获得了冲洗油管道内速度、磨损率及颗粒运动等流体动力学分布规律,提出了科学的液固两相流体系冲蚀磨损预测方法。本文的主要内容及结论如下:(1)建立了两种液固两相流体系冲蚀磨损实验装置的物理模型,采用流体动力学方法对比分析了冲蚀磨损试验装置内部的流动特性,获得了流场内部相分率、速度、流动方向等参数的分布规律,确定了适用于本文研究的冲蚀磨损实验方案。(2)采用旋转式液-固冲蚀磨损装置测试获得了浆体浓度、旋转速度及浆体冲击角度对冲蚀磨损率的影响规律,揭示了材料的冲蚀磨损机理。实验结果表明:冲蚀磨损率随浆体浓度(4%~10%)增加而增加;磨损率随浆体冲击角度的关系曲线存在两个峰值;与冲击速度存在指数为2的指数函数关系,为修正冲蚀磨损数理模型提出了基础依据。(3)结合液-固两相流冲蚀磨损试验结果,建立了冲洗油管道冲蚀磨损的修正模型,运用颗粒轨道模型对冲洗油管道内部的流动特性进行数值预测,预测结果:流体进入弯头后受弯头曲率半径影响形成二次流;弯头外侧壁面的磨损率大于弯头内侧壁面的磨损率;弯头曲率半径越小,弯头壁面上最大磨损率越大。数值预测与案例解剖结果吻合。本文创新性在于:使用数值模拟的方法对试验装置进行优化,运用试验揭示了液固两相流体系材料的冲蚀磨损机理;建立修正后的冲洗油管道冲蚀磨损数理模型,实现了冲蚀磨损的定量预测评定;数值预测结果与失效解剖分析结果一致,提出了磨损实验、数值模拟和失效案例解剖分析相结合的冲蚀磨损预测方法。
【关键词】：冲洗油管道 数值模拟 试验研究 预测方法
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ529;TH117
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-20
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究综述12-18
• 1.2.1 冲洗油系统介绍12-13
• 1.2.2 磨损机理介绍13-14
• 1.2.3 磨损影响因素14-18
• 1.3 主要研究内容18-20
• 第二章 多相流数值计算方法20-29
• 2.0 计算流体动力学简介20
• 2.1 控制方程20-21
• 2.2 湍流模型21-22
• 2.3 多相流建模方法22-27
• 2.3.1 欧拉-欧拉方法22-23
• 2.3.2 欧拉-拉格朗日方法23-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第三章 液-固两相流冲蚀磨损试验29-49
• 3.1 优化方案介绍29-31
• 3.2 优化方案确定31-38
• 3.2.1 相分率场32-35
• 3.2.2 速度场35-38
• 3.2.3 试件附近颗粒运动38
• 3.3 试验步骤38-41
• 3.4 试验结果与讨论41-45
• 3.4.1 试验可行性验证42-43
• 3.4.2 浆体浓度对冲蚀磨损率的影响43
• 3.4.3 冲击速度对冲蚀磨损率的影响43-45
• 3.4.4 浆体冲击角度对冲蚀磨损率的影响45
• 3.5 液固磨损机理及磨损模型参数45-47
• 3.5.1 液固磨损机理45-47
• 3.5.2 磨损率模型参数确定47
• 3.6 本章小结47-49
• 第四章 冲洗油管道磨损预测及校核49-59
• 4.1 管道结构及计算参数49-50
• 4.2 网格无关性验证50-51
• 4.3 管道冲蚀磨损失效预测51-56
• 4.3.1 速度场分析51-52
• 4.3.2 磨损率分析52-55
• 4.3.3 颗粒运动轨迹分析55-56
• 4.4 预测结果验证56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 5.1 本文研究内容总结59-60
• 5.2 研究不足及后续工作展望60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士研究生期间的研究成果67

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