地面输气管道防积液涡流装置流场数值模拟研究

发布时间：2017-05-14 09:01

  本文关键词：地面输气管道防积液涡流装置流场数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：天然气管道运输过程中,由于地势、外界温度、压力等影响,会使管道内滞留大量的积液。为了减少管道内的积液,同时不影响生产,应用涡流的原理,本文设计了地面输气管道涡流装置,并对气液两相流体在装有涡流装置管道内的流场进行了数值模拟分析,对涡流装置进行了优化设计,主要研究内容如下:(1)通过查阅文献,分析研究了涡流的应用及其原理,建立了地面输气管道防积液涡流装置的涡流流动方程,并进行了螺旋衰减流场的压降理论分析;(2)对输气管道内涡流装置的工作机理进行了分析,设计了涡流装置的结构及其在管道内的安装方式;(3)通过ANSYS Workbench软件建立涡流装置的模型并进行网格划分,基于Fluent软件对加载涡流装置输气管道内流体的流场进行数值模拟,分析了液相体积分数分布规律、压力分布规律、轴向速度分布规律和涡流流动规律等;(4)采用正交试验的方法,通过正交试验制表标准制定了涡流装置结构尺寸因素的正交表,通过Fluent软件对管道内流体的流场进行数值模拟,优化设计涡流装置的结构尺寸参数,得到涡流装置的最佳结构尺寸的组合;(5)将优化得到的最佳结构尺寸的涡流装置加载到输气管道内,对管道内的流体进行流场的数值模拟,基于Fluent模拟的结果,分析流体的速度、压力以及液体体积分数等因素的变化规律。
【关键词】：涡流装置 数值模拟 平均截面持液率 优化设计
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 课题研究背景7-8
• 1.2 天然气管道输送的研究概况8-11
• 1.2.1 天然气管道输送的发展概况8-10
• 1.2.2 气液两相流管道输送的研究现状10-11
• 1.3 涡流的研究概况11-12
• 1.4 国内外涡流工具的研究与应用12-13
• 1.5 本文的研究内容及创新点13-15
• 第二章 地面输气管道涡流装置涡流理论研究15-26
• 2.1 涡流装置的结构及工作原理15-16
• 2.1.1 涡流装置结构组成15
• 2.1.2 涡流装置的工作原理15-16
• 2.2 涡流装置工况参数与结构尺寸参数16
• 2.3 涡流装置涡流的产生机理16
• 2.4 涡流装置的理论研究16-25
• 2.4.1 涡流湍流的运动方程16-18
• 2.4.2 涡流衰减规律18-20
• 2.4.3 地面输气管道涡流装置进口处液滴的受力分析20-21
• 2.4.4 液滴离开涡流装置时离心力方程21
• 2.4.5 地面输气管道涡流装置涡流衰减流场压降理论研究21-23
• 2.4.6 地面输气管道防积液涡流装置涡流持续距离理论计算23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 防积液涡流装置流场数值模拟与分析26-38
• 3.1 计算流体动力学简介26-27
• 3.1.1 FLUENT概述26
• 3.1.2 ANSYS Workbench简介26-27
• 3.2 地面输气管道涡流装置的湍流流动模型27-29
• 3.2.1 标准的k-ε模型27
• 3.2.2 带修正的Realizable k-ε模型27-28
• 3.2.3 雷诺应力模型（RSM）28-29
• 3.3 几何模型的建立及模拟参数29-31
• 3.3.1 几何模型的建立及流域网格的划分29-30
• 3.3.2 计算模型的选择30
• 3.3.3 边界条件30-31
• 3.3.4 数值模拟介质物性参数31
• 3.4 湍流参数的计算31-32
• 3.5 数值模拟结果与分析32-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 涡流装置结构尺寸的正交试验38-48
• 4.1 正交试验简介38
• 4.2 正交试验的特性38
• 4.3 安排正交试验的步骤38-39
• 4.4 正交试验设计39-41
• 4.4.1 确定因素水平39-40
• 4.4.2 试验方案设计40-41
• 4.4.3 试验指标的选择41
• 4.5 正交试验方案分析及优化结果41-47
• 4.5.1 正交试验方案41-42
• 4.5.2 正交试验的极差分析42-43
• 4.5.3 工具的结构参数对涡流装置的影响规律研究43-45
• 4.5.4 理论分析优选出的涡流工具数值模拟研究45-47
• 4.6 本章小节47-48
• 第五章 优化结果的模拟研究48-59
• 5.1 防积液涡流装置直管段内气液两相流的数值模拟结果与分析48-54
• 5.1.1 不同进口流速下直管段内数值模拟结果与分析48-52
• 5.1.2 不同进口含液率直管段内的数值模拟结果与分析52-54
• 5.2 不同角度上倾管路的数值模拟分析54-57
• 5.3 本章小结57-59
• 第六章 总结与展望59-60
• 6.1 主要结论59
• 6.2 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 攻读学位期间发表的论文64-65

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