冷热流体混合过程中热波动削弱机理LES模拟研究

发布时间：2020-03-30 09:20

【摘要】：在天然气输送管路、输水输油管路、进站管路以及各种液体化工材料输送管路系统的运行过程中,由于管道输送流体的温度不均匀而产生的管道热疲劳失效问题多有发生,造成了许多事故与损失。因此针对T型管道热疲劳失效问题,本文在不同射流工况下,应用LES方法对T型管道的流动与传热问题进行了热流耦合研究,并提出在T型管道混合区域中添加SK型混合器,用以削弱混合过程的温度波动,降低热疲劳失效的可能性。研究结果表明:T型管道的结构与流速对冷热流混合过程中的壁面温度波动具有较大影响,偏转射流工况下以及3:1管径比条件下,无附加结构的T型管道壁面温度波动最小、管道热疲劳失效的可能性最低;填充SK型混合器有利于减少汇流管道壁面温度波动,并且在壁面射流工况下以及3:1管径、-25°C温差条件下,SK型混合器减缓汇流管道壁面热波动的效果最好;SK混合器嵌入深度对削弱T型管道内壁热波动有着较大影响,而SK混合器叶片数对削弱T型管道内壁热波动的影响较小,-115mm嵌入深度带有3个叶片的SK型混合器削弱T型管道热波动效果最佳。本文从理论上阐述了热波动的机理,对T型管道的流动与传热问题进行了数值模拟,并提出了一种新型管道结构来削弱冷热流混合过程中的热波动,对于探究T型管道内热混合现象、热波动机理,对于提高流体混合效率,对于我们了解、预防和削弱T型管道热疲劳现象以及优化管道设计和运行参数等,都具有着重大的科学意义和实际意义。
【图文】：

图 1.1 T 型管路冷热流掺混结构示意图.1.1 Schematic diagram of mixing structure of hot and cold flow in T-jun道失效引起的事故己经发生了几次，带来许多安全隐患与油沧州分公司汽柴油加氢精制装置中的冷油三通多次开裂运行[3]；中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分 SHELL 粉煤气化工艺生产合成气，高温合成气与激冷气

图 1.3 T 型管嵌入挡板结构示意图Fig1.3 Schematic diagram of the embedded baffle in T-juction大涡模拟的思想首先由 Smagorinsky 于 1963 年提出的，其后被广泛应用，但大部分集中在对简单流场的湍流研究中。目前大涡模拟所采用的模型一般都是Smagorisnky 给出的最简单的模型。美国大涡模拟的研究水平较高，理论研究主要在高校的流体力学和应用数学学科中展开，应用研究主要在 NASA 的研究中
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE973

【参考文献】

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6 吴剑华;张静;张春梅;龚斌;;四叶片组合静态混合器湍流传热性能的数值模拟分析[J];过程工程学报;2009年01期

7 张春梅;吴剑华;龚斌;;SK型静态混合器流体湍流阻力的研究[J];化学工程;2006年10期

8 骆培成;程易;汪展文;金涌;杨万宏;;液-液快速混合设备研究进展[J];化工进展;2005年12期

9 董荣亮;加氢精制装置冷油三通裂纹原因分析[J];腐蚀科学与防护技术;2005年05期

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6 李明扬;车用歧管式催化器内流场及振动特性分析[D];东北林业大学;2011年

7 杨以月;基于ANSYS的连铸坯二冷区温降与热应力的数值模拟[D];青岛理工大学;2010年

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9 于连丽;煤粉干燥管内气固两相流动的数值模拟与实验研究[D];辽宁工程技术大学;2009年

10 郭志军;T型三通管中冷热流体混合过程的大涡模拟[D];北京化工大学;2009年

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本文编号：2607352