输油管道起伏段冲蚀磨损数值模拟

来源 :辽宁石油化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cklingdian
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在输送油品的管道中,当管道运行较长时间后,一些杂质颗粒也会随着流体的流动而不断向前运动,且冲蚀磨损管壁的现象会越来越明显的呈现出来,即液固两相流的冲蚀磨损问题。并且弯管部分的冲蚀程度比直管段的更加严重。尤其在地形复杂的地区,就会出现起伏地段的管道,杂志颗粒更容易在低点处沉积,再加上流体的冲刷,会使弯头的磨损更加严重。所以研究携带颗粒的油品的流场流动情况、颗粒运动轨迹,预测最大冲蚀位置及冲蚀磨损的规律问题,对于实际的管道施工、安全运行管理具有重要的经济价值。本文选择适用本课题的标准k-ε模型、运用基于欧拉-拉格朗日计算方法的DPM模型及冲蚀模型,对输油管道起伏段的冲蚀磨损进行数值模拟,在进行各个影响因素的数值模拟之前,要先对网格进行无关性的验证,对比分析几种数目不同网格数下的最大冲蚀磨损的速率,发现319480个网格是计算量最少的但是精度较高的网格数。之后将使用该计算模型的参数与他人实验结果进行对比,来验证模型的准确性。数值模拟分析一些影响输油管道起伏段的冲蚀磨损的因素及比较它们对最大冲蚀磨损速率的影响发现:最大冲蚀速率会随着流体流速的增加、管径的减小而增加、同时最大冲蚀速率与弯径比成反比、与颗粒的质量流量是正比例关系、也会随着颗粒直径的增加而增加。起伏管道弯头外侧的冲蚀磨损比弯头内侧严重,且外侧的静压力也比弯头内侧的大,而速度分布则与静压力分布规律正好相反。并且得到了流场中的冲蚀规律、颗粒轨迹分布图、壁面剪切应力分布云图等,并绘制了最大冲蚀速率随研究的各影响因素变化的曲线图。对它们进行逐一分析,得到对起伏管道的设计有一定价值和意义的结论。例如弯径比处于4~6之间比较适合,运输前应尽量去除较大颗粒,适当降低流速可以减少磨损程度,弯头部采用耐磨材料或加厚等,综合得到防冲蚀效果较好的结构模型。本文最后进行了数值计算模拟的总结归纳以及未来研究管道的冲蚀磨损时,不仅要考虑以上因素,更要从管道的力学性能,运行是否安全和运行的所需成本等综合考虑。
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