固液两相流弯管磨损特性及减磨弯头优化设计

发布时间：2021-05-05 18:33

　　在工程应用的过程中涉及到许多管道的应用,颗粒的冲蚀磨损是造成管道失效的主要形式之一,而弯头位置的冲刷磨损速率是直管段的10倍以上。研究弯头失效原因,可以明显提高管道的使用寿命。本文针对弯头内的液固两相流,采用CFD流体仿真方法分析弯头内的流场、颗粒轨迹、最大磨损位置和最大磨损速率等变化规律,主要的研究内容和结果如下:（1）采用欧拉-拉格朗日的计算方法,结合流体流动模型、颗粒离散相模型、壁面反射模型和磨损模型构建了弯头冲蚀磨损的数值模拟方法。将该模型所得管内流速分布和磨损速率与文献中的试验数据相对比,结果吻合良好,证明该模型可以准确模拟弯头内的流动分布和磨损速率;（2）采用所构建的弯头冲蚀磨损的数值模拟方法,分析了最大磨损速率和最大磨损位置与颗粒粒径、管道流速和管道几何形状之间的关系,确定了影响因素对最大磨损速率和最大磨损位置的影响。模拟结果表明,斯托克斯数对颗粒轨迹有一定的影响,但对最大磨损速率发生的位置无决定性作用,其发生的位置只与颗粒直径和弯头的弯径比相关且不随流速的变化而变化,且会在某一直径下发生突变;（3）利用该磨损规律设计新型减磨弯头,确定了该减磨弯头的形状,并对该弯头在不同... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 颗粒磨损机理
        1.2.2 颗粒磨损预测的重要参数
        1.2.3 冲蚀磨损数值模拟模型
        1.2.4 磨损研究的主要内容
    1.3 研究目标和内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 技术路线图
第2章 液固两相流弯头冲蚀磨损数值模拟方法的构建及验证
    2.1 弯头冲蚀磨损数值模拟方法
        2.1.1 流体运动控制方程
        2.1.2 湍流模型
        2.1.3 离散相模型
        2.1.4 液固两相耦合
        2.1.5 磨损模型
        2.1.6 颗粒碰撞和反弹函数
    2.2 模型的验证
        2.2.1 流体流动模型验证
        2.2.2 磨损模型验证
    2.3 本章小结
第3章 液固两相流弯头冲蚀磨损特性分析
    3.1 建立仿真模型和设定参数
        3.1.1 弯头几何模型
        3.1.2 边界条件
        3.1.3 数值设置
        3.1.4 网格独立性检验
    3.2 结果与分析
        3.2.1 斯托克斯数与磨损位置的关系
        3.2.2 流速在对弯头中最大磨损区域的影响
        3.2.3 颗粒直径对最大磨损位置的影响
        3.2.4 混合颗粒对最大磨损位置的影响
        3.2.5 弯径比对最大磨损位置的影响
    3.3 本章小结
第4章 液固两相流减磨弯头设计与优化
    4.1 弯头外形设计
    4.2 边界条件设定
    4.3 网格无关性验证
    4.4 大颗粒情况下四因素分析
        4.4.1 直管段L
        4.4.2 大径R1
        4.4.3 小径R2
        4.4.4 夹角θ
        4.4.5 大径R1 和缓冲直管L的交互作用分析
    4.5 小颗粒情形分析
        4.5.1 弯头顺向放置分析
        4.5.2 弯头方向放置分析
    4.6 减磨弯头磨损率、阻力和强度分析
        4.6.1 减磨弯头磨损率分析
        4.6.2 减磨弯头阻力分析
        4.6.3 减磨弯头强度分析
    4.7 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间获得的科研成果
攻读硕士学位期间参加的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]固体颗粒对液/固两相流弯管冲蚀作用分析[J]. 彭文山,曹学文.  中国腐蚀与防护学报. 2015(06)
[2]压力设备腐蚀失效案例统计分析[J]. 宋光雄,张晓庆,常彦衍,张峥,钟群鹏.  材料工程. 2004(02)
[3]气力输送系统的弯头结构形式及合理选用[J]. 马正先.  起重运输机械. 1996(06)
[4]系统方法在冲蚀研究建模中的应用[J]. 牟军,张丰,肖延龄,毛志远.  材料导报. 1995(01)



本文编号：3170378