考虑液体动力黏滞系数的环状流管道颗粒侵蚀预测模型

发布时间：2020-09-23 09:35

　　砂粒侵蚀现象是油气输送工程中经常遇到的问题之一,其会导致油气输送系统出现突发性失效,造成难以预估的经济损失。环状流作为一种相对稳定的流动状态,是油气运输过程中主要采用的流型。环状流可同时运输两种不同状态的物质(如液态和气态),能够极大地节约油气运输过程中的费用。本文采用更精确合理的雾化系数和液膜厚度的计算公式,对CFD数值模型进行了进一步的改进,提升了模型的计算精度,通过对比大量实验数据对改进后的数值模型进行了验证。以改进后的数值模型为工具,本文设计了大量工况进行数值模拟,重点研究不同参数(如液体动力黏滞系数、管道直径、表观气体速度、弯管曲率半径、表观液体速度和颗粒直径)之间的耦合作用对管道侵蚀结果的影响。基于数值模拟的分析结果,本文运用量纲分析方法建立了环状流管道中砂粒侵蚀预测公式,该预测公式重点考虑了液体动力黏滞系数对管道侵蚀结果的影响。通过与现有实验数据和其它经验公式的对比,证明本文提出的公式在计算精度、适用性以及计算便捷性上都有很大的优势。最后,本文通过敏感性分析方法定量分析了各影响参数对侵蚀率的影响程度。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE832
【部分图文】：

管道,颗粒

天津大学硕士学位论文漏[4]，如图 1-1 所示。近年来，油气输送管道的侵蚀问题受到国内外学者的关注，由于从油田开采出来的油气包含一定浓度的细颗粒杂质，这会导致泵道弯头、阀门、T 型管等的泄漏乃至损坏。随着油气开采的持续进行，开采原油含量逐渐减少，相反的是，原油中颗粒型固体杂质的含量逐渐增多，从一步加剧了冲刷侵蚀现象，影响管线的完整性，造成巨大的工程安全隐患，往往会导致无预警下的油气泄漏事件、严重的经济损失甚至生态环境污染。上，一旦管线系统出现侵蚀破坏，修复这样一个复杂系统的费用和后果往往以接受的。

环状流,液膜,弯管

[25]为了研究环状流通过垂直-水平方向的90度弯管在45度位置时液膜厚度的分布情况，开展了物理实验并观察到环状流液膜厚度的分布规律。从图1-3可以观察到[25]，液膜在管壁内侧比在管壁外侧要厚些。图 1-3 弯管环状流液膜分布近年来，国内一些学者也开始关注环状流理论模型与数值模型的建立。王新军等[26]通过激光衍射技术研究了水平向气液环状流携带液滴的粒径分布特性，并分析了气体速度、液相折算雷诺数对液滴粒径的影响。李玉星等[27]基于环状流动的数学模型，分析了环状流液膜形成的机理，指出了形成液膜的基本条件，并分析了管道倾角对液膜性质的影响。赵建福等[28]利用双重小波包分解算法，把实验室监测到的环状流液膜厚度信号分成相干分量及非相干分量，对微重力气液环状

示意图,环状流,气芯,示意图

天津大学硕士学位论文环状流中液滴不再发生雾化过程和返回过程入气芯区，亦不再有气芯区的液滴进入液环状流管道的中轴线处，砂粒的比例和液相的雾化系数来估算气芯区砂粒的输沙率；的数值模型只对气芯区内气体、雾化的液滴动情况进行直接模拟。液膜对砂粒速度的缓实现；FD 侵蚀预测模型中，假设液膜厚度在管道厚度不发生变化，如图 2-2 所示。

【参考文献】