不同直径的管道车在平直管段内运移时的水力特性模拟研究

发布时间：2017-08-03 15:11

  本文关键词：不同直径的管道车在平直管段内运移时的水力特性模拟研究

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【摘要】：近年来,随着科学技术的飞速发展,传统的交通运输方式引起的城市拥堵、环境污染及能源匮乏等问题己逐步发展成为了困扰社会可持续发展的热点问题。随着环保理念的不断深入人心,寻求一种洁净、低碳、节能、环保的新型物料运输方式己成为社会发展的主流和必然趋势,筒装料管道水力输送技术便是符合绿色环保理念的一种新型的物料运输方式。筒装料管道水力输送是基于水力学原理,以水为载体,将物料密封于柱状体内在管道中进行长距离输送。该技术克服了传统的运输方式存在的弊端,具有无污染、低能耗的特点,对现有的物料运输体系进行了补充和完善。为进一步完善筒装料管道水力输送技术,本文结合国家自然基金项目“管道缝隙螺旋流水力特性研究(51109155)”和“管道列车水力输送能耗研究(51179116)”,采用理论分析、试验研究以及数值模拟相结合的研究思路,对平直管段内不同直径管道车运移时的水力特性进行分析与探讨。研究主要内容及成果如下：1、采用Gambit前处理软件建立管道车平直管段运移的数学模型,应用Simple算法求解模型。数值模拟采用6dof动网格模型,结合相关模型属性数组、圆柱体转动惯量及运移阻力等参数编译管道车平直管段运移的动网格程序,实现管道车在管道中的液固两相耦合运动。2、管道车上、下游断面轴向流速呈现管道中心流速较小,管道内壁流速较大。从管道内壁到管道中心,径向流速呈现先增大后减小的变化趋势。周向流速对称集中分布于柱状支脚附近。环状缝隙流从管道内壁到管道车外壁呈现先增大后减小的趋势。管道车的车前、车中、车后三个断面轴向流速分布一致。模拟与试验结果一致,最大误差是6.7%。3、管道车运移过程中,管道沿程测压管水头逐渐降低。环状缝隙流引起局部测压管水头突降,从管道车车前到车后断面,管道测压管水头呈现先增大后减小的变化趋势。管道车经过测试断面时,管道测压管水头发生局部突变。选取目标断面越靠近下游,同一时刻管道测压管水头逐渐降低。管道车经过该断面前的测压管水头低于经过该断面后的测压管水头。4、管道车下游断面压强分布为管道中心区域压强较小,管道内壁区域压强较大。管道车上游断面压强分布为管道中心区域压强较大,管道内壁区域压强较小。管道车运移工况下,从管道车外壁到管道内壁环状缝隙流呈现车前断面压强逐渐降低,车中断面压强基本一致,车后断面压强逐渐增大。5、随着管道车直径增加,管道车上、下游断面中心点到管道车边缘同一测点的轴向流速将逐渐减小,管道车边缘到管道内壁同一测点的轴向流速将逐渐增大。管道车上、下游断面的中心点到管道内壁同一测点的径向流速和周向流速逐渐减小。管道车下游断面同一测点的压强逐渐减小,管道车上游断面同一测点压强逐渐增大。6、管道车运移工况条件下,环状缝隙流的沿程压强呈现先减小后增大的变化趋势。环状缝隙流的沿程轴向流速呈现先增大后减小的变化趋势。本文的研究成果对于进一步研究动边界条件下流场水力特性具有重要的参考价值,同时对于探究管道车的运移流体动力学机理具有重要意义。
【关键词】：管道车 平直管段 6dof 数值模拟 动网格 水力特性
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV134
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 符号说明11-13
• 第一章 绪言13-23
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 管道流体输送研究现状14-18
• 1.2.1 油气管道输送14-15
• 1.2.2 散状料与型料管道输送15
• 1.2.3 容器式管道水力输送15-18
• 1.3 流体数值模拟研究现状18-20
• 1.4 本文的研究内容与技术路线20-23
• 1.4.1 研究内容20-22
• 1.4.2 技术路线22-23
• 第二章 管道车平直管段运移数值模拟23-47
• 2.1 FLUENT商用软件23-26
• 2.1.1 Fluent软件简介23
• 2.1.2 Fluent软件组成23-24
• 2.1.3 Fluent功能特点24-25
• 2.1.4 Fluent求解步骤25-26
• 2.2 流固耦合应用26
• 2.3 控制方程26-28
• 2.4 计算模型28-31
• 2.4.1 湍流模型28-29
• 2.4.2 动网格模型29-31
• 2.5 模型建立31-32
• 2.6 网格划分32-34
• 2.7 边界条件34-39
• 2.7.1 进口边界34-37
• 2.7.2 出口边界37-38
• 2.7.3 固定边界38
• 2.7.4 动边界38-39
• 2.8 初始条件39-40
• 2.9 模型求解40-42
• 2.10 动网格参数设计42-47
• 第三章 管道车运移时平直管段流速特性数值模拟47-75
• 3.1 下游断面流速特性47-56
• 3.1.1 下游断面轴向流速47-49
• 3.1.2 下游断面径向流速49-50
• 3.1.3 下游断面周向流速50-52
• 3.1.4 下游断面同一测点流速分布52-56
• 3.2 上游断面流速特性56-65
• 3.2.1 上游断面轴向流速56-58
• 3.2.2 上游断面径向流速58-60
• 3.2.3 上游断面周向流速60-61
• 3.2.4 上游断面同一测点流速分布61-65
• 3.3 环状缝隙流断面流速特性65-69
• 3.3.1 环状缝隙流轴向流速65-67
• 3.3.2 环状缝隙流沿程同一测点轴向流速67-69
• 3.4 运移过程流场分布规律及其影响范围69-72
• 3.5 试验验证72-75
• 第四章 管道车运移时平直管段压强特性数值模拟75-91
• 4.1 管道车运移到不同断面沿程测压管水头75-77
• 4.2 管道车运移到不同位置时同一断面测压管水头77-79
• 4.3 下游断面压强特性79-82
• 4.3.1 下游断面压强79-81
• 4.3.2 下游断面同一测点压强81-82
• 4.4 上游断面压强特性82-85
• 4.4.1 上游断面压强82-84
• 4.4.2 上游断面同一测点压强84-85
• 4.5 环状缝隙流断面压强特性85-91
• 4.5.1 环状缝隙流压强85-87
• 4.5.2 环状缝隙流沿程同一测点压强87-91
• 第五章 结论与建议91-95
• 5.1 结论91-92
• 5.2 建议92-95
• 参考文献95-103
• 致谢103-105
• 攻读硕士期间发表的学术论文目录及参加的主要科研项目105

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本文编号：614961