天然气单流涡流管流场与温度场数值模拟

发布时间：2025-02-06 17:31

　　 单流涡流管(SCVT)对传统涡流管(RHVT)的结构进行了改进,在天然气管道调压系统的在线加热方面具有较大的安全、节能优势。为了使SCVT技术能更好地适应天然气管道系统的工况调整和环境温度变化,基于前人关于RHVT的研究成果,建立了SCVT流场和温度场计算模型,采用ICEM和FLUENT软件分别对计算区域进行了结构化网格划分和三维数值模拟;进而根据环道实验数据对计算模型进行了验证分析,针对SCVT在典型工况下的切向运动、轴向运动、静压、静温、短路流等特性进行了数值模拟研究。研究结果表明:①流场由一系列沿热端管方向流量不断衰减的"短路流"构成;②流场结构存在着平行于管中心的能量分离界面,界面的轴向速度为0,静压不随轴向位置变化,界面两侧的内、外旋流的轴向速度相反;③在靠近喷嘴的前半段,径向方向的静压、静温、切向速度和轴向速度差异较大,能量分离效果显著;④静温在管壁处最高,并沿着热端管方向近似呈指数趋势升高,较大的热端管长径比增大了与被加热气体之间的换热面积,有利于提高SCVT的加热性能。结论认为,该研究成果可以为涡流管加热技术的推广应用提供技术支持。

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【部分图文】：

图1 SCVT结构示意图

由于管道输送天然气的水露点较高，达到了生成天然气水合物（以下简称水合物）的条件，致使天然气管道站场生产运行过程中容易发生“冰堵”现象。目前，为了防止输气站的调压装置发生“冰堵”，应用电伴热等外部热源法加热调压阀的先导气体，但存在着能耗高、维护繁琐、安全隐患大、寿命短等诸多缺陷[1....

图2 SCVT网格划分图

根据涡流管内三维强旋流动的特点，为兼顾计算速度和收敛性，采用ICEM软件对计算区域进行了结构化网格划分，同时对边界层进行了局部加密，以更好地捕捉流动变化剧烈区域的边界特征（图2）。当网格总数达到100万后，基本取得网格无关解。3模型验证

图3 SCVT实验系统流程图

涡流管环路实验系统的流程如图3所示。系统的设计压力为6MPa，设计温度为323K，管径为25mm，管长22m左右。实验工质为氮气，利用氮气集装格提供初始气源，集装格共16瓶氮气，单瓶氮气的有效容积为80L，压力为10MPa。利用增压机实现气体在不同压比、温度、气量条件下....

图4 SCVT纵剖面流线分布图

甲烷在SCVT内的流动属于高速旋转的三维可压缩湍流流动，其流场结构的主要特征为“外旋流”和“内旋流”由能量分离界面隔开，分别沿涡流管轴线相反方向运动（图4）。外旋流在能量分离界面处获取内旋流的能量后变为“热气”，使管壁温度升高成为所谓的“热端管”，进而具备加热管外介质（天然气管道....

本文编号：4030650