输气管道弯头处固体颗粒侵蚀的数值分析

发布时间：2022-01-04 11:44

　　数值分析方法是预测管道内固体颗粒侵蚀的有效手段。本文验证了数值分析过程中求解输气弯头处固体颗粒侵蚀的每一步骤,即模拟流场、跟踪颗粒、计算侵蚀;在每一步骤中使用不同模型,通过与实验数据对比选择最优求解方法。使用五种不同的湍流模型计算输气弯头处的速度场;使用离散相与连续相的单向耦合与双向耦合方法跟踪颗粒的运动状态;基于颗粒撞击要素,使用四种颗粒冲蚀模型计算弯头侵蚀;基于相似性准则,计算不同模型尺度下侵蚀速率的无量纲数。通过与实验数据进行对比可知:剪切应力传输模型是计算输气弯头内流场的最优湍流模型;离散相与连续相的双向耦合模型对于颗粒运动状态的预测更为精确;Oka颗粒冲蚀模型能够更为准确地计算各流场条件下的固体颗粒侵蚀结果;固体颗粒侵蚀的数值方法符合相似性准则,低输沙率时计算精度更高。 

【文章来源】：船舶力学. 2020,24(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

实验装置与测试位置

数值分析结果与实验数据对比见图2，其中图2(a）为沿管程垂直平面的轴向速度，图2(b）为沿管程水平平面的轴向速度，图2(c）为沿管程水平平面的环向速度，图中纵轴r/R代表距管道中心的相对位置。由对比结果可知：在管程z/D=-1到φ=30°之间，数值方法能够较准确地计算垂直平面上的轴向速度；在管程φ=45°下游，尤其是在管程φ=45°至z/D=-1之间的弯管段，数值方法计算的垂直平面上的轴向速度与实验数据偏差较大；在管程z/D=-1到φ=90°之间，数值方法能够较准确地计算水平平面上的轴向速度；在管程φ=90°下游，数值方法计算的水平平面上的轴向速度与实验数据略有偏差；在整个管程上，数值分析方法对于环向速度的计算均较为准确。在φ=45°与z/D=1的区域内，由于二次流的影响致使管道内流场变化极为复杂。图3为φ=45°与z/D=1的区域内沿管程垂直平面的轴向速度的数值计算结果与实验数据对比图；表3为数值计算结果与实验数据间偏差的均方根，计算方法如下：

由图3和表3可知，SST模型能够最为准确地预测出垂直平面上轴向速度的变化趋势，在局部的低雷诺数流场中预测精度最高；此外，SST模型考虑了湍流剪应力的传输，更适合于弯管近壁面处的流场计算。因此，处理输气弯头内流场时，宜使用SST模型求解湍流流场。2.2 耦合方式比较


本文编号：3568275