管流式冲蚀装置异径管固液两相流场数值分析
发布时间：2021-03-29 21:03
为深入研究管流式冲蚀装置异径管内固液两相流场对管壁面的影响,以砂粒为工质,采用Standard k-ε湍流模型、空化模型和冲蚀模型对DN100-DN50异径管进行数值模拟,在流速2、3、4、5 m/s时和温度300、310、320、330 K时,分别获得测试管壁面冲蚀和空化的分布规律。结果表明:测试管的冲蚀速率随着流速的增大而逐渐增大,随温度的升高而轻微变化;在流速为2、3和4 m/s时,测试管的空气体积分数较小近似为零,在流速为5 m/s时,测试管入口处出现空泡现象,其他区域空气体积分数近似为零。测试管的空气体积分数随温度的升高而无明显变化。在不同流速下冲蚀非稳定长度仿真结果与试验结果分别相差1.74%,1.67%,1.48%,1.39%。因此,管流式冲蚀装置的异径管连接方式设计合理,可以忽略空化对测试管的破坏作用,能够确定冲蚀非稳定长度,为后续研究管道冲刷腐蚀行为以及分析测试管腐蚀位置提供理论依据。
【文章来源】：真空科学与技术学报. 2019,39(09)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同流速轴向速度云图
真空科学与技术学报第39卷部阻力损失较小。3.3湍动能场分析湍动能是影响冲蚀速率的重要因素。图6为不同流速变径圆管内部耦合条件下湍动能的分布情况，由图4可知，在起始阶段湍动能运动较为平稳，湍动能较小，此处为分支管Ⅰ壁面附近湍动能分布情况，由于突缩管存在，此处湍动能脉动强烈，流场不稳定，测试管湍流能先迅速增大，然后缓慢增大，由于突扩管的存在，测试管湍动能呈现减小趋势。随着流速的增加，测试管壁面附近湍动能逐渐增大。即测试管内的局部能耗损失增大和压力损失增大。图5为流速4m/s时，不同温度下异径管壁面附近湍动能的分布情况，由图中可知随着温度的增加，测试管近壁附近湍动能无明显变化。3.4冲蚀场分析冲蚀是造成管道失效的重要因素。从图中可以发现，测试管入口段冲蚀速率较大，由于粒子对流体具有较强的跟随性，以及测试管入口段出现二次流现象，二次流增加了颗粒在此处的停留时间，增加了颗粒与壁面的多次碰撞，造成该处的冲蚀速率较大，因此在测试管的前端存在一段区域管壁冲蚀速率大于后端冲蚀速率。测试管的前段部分存在未发生冲蚀区域，这是由于液体经过突缩管流速变大，固体颗粒向测试管中心位置靠近，当流速趋于稳定后，固体颗粒由中心位置向四周运动，并在壁面位置堆积。测试管冲蚀速率随着流速的增大而增大，这是由于流速增大，固体颗粒的动能增大，从而冲蚀速率增大。从图7中可知，在流速4m/s，冲蚀速率随温度的升高轻微变化或无明显变化，因此管道的冲蚀速率均匀分布。3.5空化场分析空化发生于高速水流的低压区域，是由水动力学因素驱动的近似恒温相变的过程。由图8可知，当流速为2、3和4m/s
真空科学与技术学报第39卷部阻力损失较小。3.3湍动能场分析湍动能是影响冲蚀速率的重要因素。图6为不同流速变径圆管内部耦合条件下湍动能的分布情况，由图4可知，在起始阶段湍动能运动较为平稳，湍动能较小，此处为分支管Ⅰ壁面附近湍动能分布情况，由于突缩管存在，此处湍动能脉动强烈，流场不稳定，测试管湍流能先迅速增大，然后缓慢增大，由于突扩管的存在，测试管湍动能呈现减小趋势。随着流速的增加，测试管壁面附近湍动能逐渐增大。即测试管内的局部能耗损失增大和压力损失增大。图5为流速4m/s时，不同温度下异径管壁面附近湍动能的分布情况，由图中可知随着温度的增加，测试管近壁附近湍动能无明显变化。3.4冲蚀场分析冲蚀是造成管道失效的重要因素。从图中可以发现，测试管入口段冲蚀速率较大，由于粒子对流体具有较强的跟随性，以及测试管入口段出现二次流现象，二次流增加了颗粒在此处的停留时间，增加了颗粒与壁面的多次碰撞，造成该处的冲蚀速率较大，因此在测试管的前端存在一段区域管壁冲蚀速率大于后端冲蚀速率。测试管的前段部分存在未发生冲蚀区域，这是由于液体经过突缩管流速变大，固体颗粒向测试管中心位置靠近，当流速趋于稳定后，固体颗粒由中心位置向四周运动，并在壁面位置堆积。测试管冲蚀速率随着流速的增大而增大，这是由于流速增大，固体颗粒的动能增大，从而冲蚀速率增大。从图7中可知，在流速4m/s，冲蚀速率随温度的升高轻微变化或无明显变化，因此管道的冲蚀速率均匀分布。3.5空化场分析空化发生于高速水流的低压区域，是由水动力学因素驱动的近似恒温相变的过程。由图8可知，当流速为2、3和4m/s
【参考文献】：
期刊论文
[1]热端管长度对涡流管流场影响的数值模拟研究[J]. 何丽娟,孙尚志,马文清,王德超,潘鹏,田宝云. 真空科学与技术学报. 2019(02)
[2]基于有限元的固液两相射流冲刷磨损率数值研究[J]. 原慧军,张利军. 真空科学与技术学报. 2019(01)
博士论文
[1]管道弯管段冲刷腐蚀机理与流体动力学特征[D]. 曾莉.华中科技大学 2017
硕士论文
[1]文丘里管内空化演变过程及其影响因素研究[D]. 刘亚楠.哈尔滨理工大学 2019
[2]海底管道弯管段的冲蚀分析及实验研究[D]. 文潇.中国石油大学(华东) 2015
本文编号：3108187
【文章来源】：真空科学与技术学报. 2019,39(09)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同流速轴向速度云图
真空科学与技术学报第39卷部阻力损失较小。3.3湍动能场分析湍动能是影响冲蚀速率的重要因素。图6为不同流速变径圆管内部耦合条件下湍动能的分布情况，由图4可知，在起始阶段湍动能运动较为平稳，湍动能较小，此处为分支管Ⅰ壁面附近湍动能分布情况，由于突缩管存在，此处湍动能脉动强烈，流场不稳定，测试管湍流能先迅速增大，然后缓慢增大，由于突扩管的存在，测试管湍动能呈现减小趋势。随着流速的增加，测试管壁面附近湍动能逐渐增大。即测试管内的局部能耗损失增大和压力损失增大。图5为流速4m/s时，不同温度下异径管壁面附近湍动能的分布情况，由图中可知随着温度的增加，测试管近壁附近湍动能无明显变化。3.4冲蚀场分析冲蚀是造成管道失效的重要因素。从图中可以发现，测试管入口段冲蚀速率较大，由于粒子对流体具有较强的跟随性，以及测试管入口段出现二次流现象，二次流增加了颗粒在此处的停留时间，增加了颗粒与壁面的多次碰撞，造成该处的冲蚀速率较大，因此在测试管的前端存在一段区域管壁冲蚀速率大于后端冲蚀速率。测试管的前段部分存在未发生冲蚀区域，这是由于液体经过突缩管流速变大，固体颗粒向测试管中心位置靠近，当流速趋于稳定后，固体颗粒由中心位置向四周运动，并在壁面位置堆积。测试管冲蚀速率随着流速的增大而增大，这是由于流速增大，固体颗粒的动能增大，从而冲蚀速率增大。从图7中可知，在流速4m/s，冲蚀速率随温度的升高轻微变化或无明显变化，因此管道的冲蚀速率均匀分布。3.5空化场分析空化发生于高速水流的低压区域，是由水动力学因素驱动的近似恒温相变的过程。由图8可知，当流速为2、3和4m/s
真空科学与技术学报第39卷部阻力损失较小。3.3湍动能场分析湍动能是影响冲蚀速率的重要因素。图6为不同流速变径圆管内部耦合条件下湍动能的分布情况，由图4可知，在起始阶段湍动能运动较为平稳，湍动能较小，此处为分支管Ⅰ壁面附近湍动能分布情况，由于突缩管存在，此处湍动能脉动强烈，流场不稳定，测试管湍流能先迅速增大，然后缓慢增大，由于突扩管的存在，测试管湍动能呈现减小趋势。随着流速的增加，测试管壁面附近湍动能逐渐增大。即测试管内的局部能耗损失增大和压力损失增大。图5为流速4m/s时，不同温度下异径管壁面附近湍动能的分布情况，由图中可知随着温度的增加，测试管近壁附近湍动能无明显变化。3.4冲蚀场分析冲蚀是造成管道失效的重要因素。从图中可以发现，测试管入口段冲蚀速率较大，由于粒子对流体具有较强的跟随性，以及测试管入口段出现二次流现象，二次流增加了颗粒在此处的停留时间，增加了颗粒与壁面的多次碰撞，造成该处的冲蚀速率较大，因此在测试管的前端存在一段区域管壁冲蚀速率大于后端冲蚀速率。测试管的前段部分存在未发生冲蚀区域，这是由于液体经过突缩管流速变大，固体颗粒向测试管中心位置靠近，当流速趋于稳定后，固体颗粒由中心位置向四周运动，并在壁面位置堆积。测试管冲蚀速率随着流速的增大而增大，这是由于流速增大，固体颗粒的动能增大，从而冲蚀速率增大。从图7中可知，在流速4m/s，冲蚀速率随温度的升高轻微变化或无明显变化，因此管道的冲蚀速率均匀分布。3.5空化场分析空化发生于高速水流的低压区域，是由水动力学因素驱动的近似恒温相变的过程。由图8可知，当流速为2、3和4m/s
【参考文献】：
期刊论文
[1]热端管长度对涡流管流场影响的数值模拟研究[J]. 何丽娟,孙尚志,马文清,王德超,潘鹏,田宝云. 真空科学与技术学报. 2019(02)
[2]基于有限元的固液两相射流冲刷磨损率数值研究[J]. 原慧军,张利军. 真空科学与技术学报. 2019(01)
博士论文
[1]管道弯管段冲刷腐蚀机理与流体动力学特征[D]. 曾莉.华中科技大学 2017
硕士论文
[1]文丘里管内空化演变过程及其影响因素研究[D]. 刘亚楠.哈尔滨理工大学 2019
[2]海底管道弯管段的冲蚀分析及实验研究[D]. 文潇.中国石油大学(华东) 2015
本文编号：3108187
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