煤化工管道冲蚀磨损数值模拟研究

发布时间：2021-02-24 05:38

　　在煤直接液化过程中,工况条件苛刻,介质复杂,浆体中固体颗粒含量高,必定对输送管道造成严重的冲蚀磨损。本文主要研究分离器底部出口管路中弯管部位受液-固两相流的冲蚀磨损情况,针对煤液化管道弯管部位的冲蚀磨损问题,分析其冲蚀磨损的主要因素和冲蚀机理,建立煤液化管道冲蚀磨损预测方法,再通过该方法研究管道结构参数和工况参数对冲蚀磨损率以及冲蚀磨损位置的影响。运用FLUENT软件数值模拟计算管道内部流体的流动特性,通过软件二次开发,分别将Tulsa大学腐蚀与冲蚀研究中心的冲蚀磨损方程和Hashish改进的剪切磨损模型嵌入到FLUENT中,模拟计算冲蚀磨损率大小及磨损位置分布,将计算结果与实验数据相对比,得出模拟计算的结果与实验结果表现良好一致性,从而该预测方法和选定的磨损模型可以用来预测煤液化管道的冲蚀磨损情况。通过该方法,研究了管道直径、弯径比、弯曲角度；颗粒直径、颗粒密度、不同直径颗粒的混合比例以及流速对冲蚀磨损的影响,得出不同因素对冲蚀磨损率和磨损位置的影响情况。此外,本文还利用此预测研究方法,研究了变径管的结构参数对冲蚀磨损的影响情况,为管道设计、工艺设计以及管道系统壁厚监测提供依据。 

【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 冲击磨损定义
    1.3 冲击磨损机理
        1.3.1 塑性材料冲蚀磨损机理
        1.3.2 脆性材料冲蚀磨损机理
        1.3.3 绝热剪切与变形局部化磨损理论
        1.3.4 冲蚀-氧化和冲蚀-腐蚀磨损理论
    1.4 冲击磨损影响因素
        1.4.1 环境因素的影响
        1.4.2 粒子性能的影响
        1.4.3 材料性质的影响
    1.5 管道冲击磨损研究现状
    1.6 本文研究内容和研究方法
第2章 流体力学模型与冲蚀磨损模型
    2.1 基本控制方程
        2.1.1 连续性方程
        2.1.2 动量方程
        2.1.3 能量方程
    2.2 湍流模型
    2.3 颗粒轨迹模型
    2.4 磨损率模型
    2.5 壁面碰撞反弹恢复方程
    2.6 控制方程组的离散和流场数值计算方法
    2.7 本章小结
第3章 管道磨损典型案例及磨损模型选择
    3.1 煤液化工艺
    3.2 冲蚀磨损研究对象选取
    3.3 几何模型及网格划分
    3.4 管道材料和煤灰成分
    3.5 模拟计算及边界条件
    3.6 磨损率模型选择
    3.7 磨损率模型验证
    3.8 本章小结
第4章 煤液化管道弯头部位冲蚀磨损数值模拟
    4.1 网格大小无关性验证
    4.2 速度和压强分布
    4.3 颗粒轨迹和浓度分布
    4.4 管道冲蚀磨损
    4.5 影响因素分析
        4.5.1 管道结构的影响
        4.5.2 颗粒属性的影响
        4.5.3 入口速度的影响
    4.6 本章小结
第5章 变径管冲蚀磨损
    5.1 速度和压强分布
    5.2 颗粒轨迹和浓度分布
    5.3 冲蚀磨损
    5.4 变径管结构对冲蚀磨损的影响
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 研究工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间撰写的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]煤炭液化技术的研究[J]. 姚婷,王立,郝敬团,魏贤勇.  广州化工. 2014(15)
[2]煤液化多相流输送管道冲蚀磨损分布预测及分析[J]. 偶国富,龚宝龙,李伟正,包金哲,金浩哲.  浙江理工大学学报. 2014(05)
[3]煤液化多相流输送弯管冲蚀磨损数值研究[J]. 孙海疆,偶国富,肖定浩,李伟正.  流体机械. 2013(08)
[4]一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的研制[J]. 偶国富,叶健,章利特,饶杰,金浩哲.  中国机械工程. 2013(13)
[5]冲蚀角度和弯头几何尺寸对冲蚀磨损的影响研究[J]. 林楠,兰惠清,崔钺,赵超.  科学技术与工程. 2013(18)
[6]直角弯管内液固两相流固体颗粒冲蚀磨损分析[J]. 丁矿,朱宏武,张建华,朱君尧,罗璇.  油气储运. 2013(03)
[7]高压油煤浆输送管路中的一种变径弯管及其磨损预测[J]. 张慧君,董俊华,高炳军.  河北工业大学学报. 2011(06)
[8]煤的直接液化与间接液化技术进展[J]. 郭新乐.  广州化工. 2011(07)
[9]油煤浆输送管道弯管部位流场的数值模拟与磨损预测[J]. 付林,高炳军.  化工机械. 2009(05)
[10]煤转化对炼油化工行业竞争力浅析[J]. 边钢月,边思颖,张福琴.  化学工业. 2008(10)

硕士论文
[1]煤液化管道材料冲蚀磨损试验与数值研究[D]. 叶健.浙江理工大学 2013
[2]材料冲蚀行为及机理研究[D]. 董刚.浙江工业大学 2004



本文编号：3048877