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空气-水立管系统的严重段塞流瞬态数学模型

发布时间:2018-11-20 13:48
【摘要】:严重段塞流形成时,空气-水立管系统的压力和管内瞬时流量等参数大幅波动,不仅对下游设备造成冲击,而且容易导致管道剧烈振动等危害,准确计算严重段塞流瞬态流动参数是评估其危害的基础。基于气体、液体连续性方程与混合动量方程建立严重段塞流瞬态数学模型,详述数值积分方法,对立管试验装置中的严重段塞流现象进行数值模拟,并对模拟结果进行了验证。数值积分中,采用向后欧拉格式进行预报,梯形法校正;采用变时间步长以提高计算效率且保证精度;开展室内试验,并将严重段塞流循环周期、立管底部压力的试验结果与模拟结果进行了对比;将气、液流速和含气率等瞬态流动参数的模拟值与Fluent软件的计算结果进行了对比。结果表明:该数学模型和数值方法能够较好地计算典型严重段塞流的瞬态流动参数,有利于严重段塞流危害的准确评估。
[Abstract]:When the serious slug flow is formed, the pressure of air-water riser system and the instantaneous flow rate in the pipe fluctuate greatly, which not only impacts the downstream equipment, but also easily leads to the severe vibration of the pipeline. Accurate calculation of transient flow parameters of severe slug flow is the basis for evaluating its hazard. Based on the gas, liquid continuity equation and mixed momentum equation, the transient mathematical model of serious slug flow is established, and the numerical integration method is described in detail. The numerical simulation of the serious slug flow phenomenon in the tube test device is carried out, and the simulation results are verified. In numerical integration, backward Euler scheme is used to forecast, trapezoidal method is used to correct it, and variable time step is used to improve calculation efficiency and ensure accuracy. Laboratory tests were carried out, and the experimental results of the cycle of severe slug flow and the bottom pressure of riser were compared with the simulation results, and the simulated values of transient flow parameters such as gas, liquid velocity and gas content were compared with the results of Fluent software. The results show that the mathematical model and numerical method can be used to calculate the transient flow parameters of typical severe slug flow, which is beneficial to the accurate assessment of the damage of severe slug flow.
【作者单位】: 西南交通大学力学与工程学院;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院;中煤科工集团重庆设计研究院有限公司;
【基金】:国家自然科学基金资助项目“立管内气液两相流动与海洋环境共同诱发立管振动耦合研究”,51404290
【分类号】:TE95

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本文编号:2345083

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