水煤浆管道输送中冲蚀数值模拟研究

发布时间：2020-06-09 09:22

【摘要】：在水煤浆的制备和输运过程中,工况条件苛刻,介质成分复杂,浆体中固体颗粒含量高,管路输送系统长期处于高温、高压条件下,水煤浆存在着复杂的流动特性。水煤浆管道输送是典型的固-液两相流的流动过程,煤粉颗粒随水煤浆流动过程中对管道产生的冲蚀磨损,会对管道运行安全产生极大隐患,特别是对于容易发生冲蚀磨损失效的弯头,变径管,三通等典型管件。本文以水煤浆储罐经增压泵外输到气化炉的输送管道中的90°弯管、变径管和三通管为研究对象,通过CFD数值模拟的方法对90°弯管、变径管和三通管开展冲蚀磨损三维数值模拟研究。首先对水煤浆冲蚀磨损理论进行了介绍,从水煤浆的特性及分类、冲蚀磨损机理与冲蚀影响因素三个方面进行了详细的介绍。其次对冲蚀磨损的离散相模拟理论进行了研究,依次建立基本控制方程,选择标准k-ε湍流模型,选择离散相随机轨道模型研究颗粒运动轨迹,选择腐蚀与沉积模型作为冲蚀磨损率模型,选择标准壁面函数法和壁面反弹恢复系数作为壁面处理方式和颗粒碰撞壁面后的反弹恢复方程,选择QUICK离散格式和基于压力的求解器作为控制方程的离散化和求解方法。再次,根据实际工厂资料,依次建立几何模型,划分模型网格,设置边界条件,求解设置及模拟运算,并对网格的无关性与模型的有效性进行验证。本文通过借助Fluent软件计算并模拟不同工况条件下,水煤浆管道的最大冲蚀磨损率和冲蚀磨损的位置分布,来分析并研究水煤浆管道的冲蚀磨损规律,建立水煤浆管道冲蚀磨损的预测方法,分析得到了管道直径、弯径比、弯曲角度、煤粉颗粒直径、煤粉颗粒密度、煤粉颗粒质量流量、流速等不同冲蚀影响因素条件下管道的最大冲蚀磨损率变化规律,并提出合理的管道冲蚀磨损的预防措施,为管道设计、工艺计算以及管道系统壁厚监测提供理论依据,为工程实际实际应用提供一定的理论指导。
【图文】：

图 1-1 水煤浆储罐入口弯管实际磨损 图 1-2 三通和弯头壁面磨损减少管道发生冲蚀磨损现象，通常在实际工程中往往采用高标准级别加管道壁面厚度，来预防和减少由于冲蚀磨损而发生的穿孔、泄漏甚是，这样无法真正意义上保证管道能够得到安全、稳定、长期地运行管道能够安全、稳定、长期地运行，不仅需要合理地设计管道结构和工

图 1-1 水煤浆储罐入口弯管实际磨损 图 1-2 三通和弯头壁面磨损减少管道发生冲蚀磨损现象，通常在实际工程中往往采用高标准级别加管道壁面厚度，来预防和减少由于冲蚀磨损而发生的穿孔、泄漏甚是，这样无法真正意义上保证管道能够得到安全、稳定、长期地运行管道能够安全、稳定、长期地运行，不仅需要合理地设计管道结构和工
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ536

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本文编号：2704481