连接结构尺寸对三通管冲蚀磨损影响的数值模拟

针对石油管道运输系统中三通管的冲蚀磨损问题,采用DPM冲蚀预测模型,模拟分析了油品中夹带的固体颗粒对连接结构尺寸不同的三通管的冲蚀磨损情况,得出了颗粒对三通管冲蚀的分布规律。结果表明:T型三通管的冲蚀主要集中在与竖直管道正对的水平管道底部及其附近的外侧管壁,有球体弯头的三通管的冲蚀主要集中在球体附近水平管道的外侧管壁,且冲蚀磨损程度相对较小;随着流体流入速度的增大,2种三通管的最大冲蚀率随之增大且呈指数增长;随着颗粒质量流量的增大,2种三通管的最大冲蚀率均随之增大;当流体在2种不同的三通管中流动时,管道系统的最大冲蚀率的曲线变化趋势基本一致,均为先减小再增大;当管道弯头处球体的直径为管道直径的2倍时,管道的冲蚀速率最小,颗粒对于管道的冲蚀磨损程度最轻。     

快速接头内壁冲蚀规律的数值模拟分析*

为进一步改善快速接头受连续相作用易失效、内壁冲蚀磨损严重的问题,采用CFD软件中的Realizable k-ε湍流模型,对不同入口速度下的快速接头冲蚀磨损情况运用数值模拟方法分析,得到快速接头内部的流场分布及其冲蚀磨损情况。结果表明:快速接头的冲蚀主要集中在管径缩小段的大小管道交界处,且在管径突变处流体的压力、速度会发生明显变化。在粒径不变,其余变量恒定的情况下,入口流速越大,最大冲蚀速率随之增大;改变相同粒径颗粒的质量流率,可以看出最大冲蚀速率与质量流率呈正相关关系。模拟得到的不同入口速度、质量流率下在快速接头中的流动冲蚀规律,可对提高接头使用寿命、液冷散热器的平稳运行提供必要的参考。     

人工煤气管道萘颗粒沉积规律研究

针对萘在人工煤气管道中沉积会造成管道堵塞，影响管道的安全运行的这一问题，以昆明人工煤气管道为例，运用计算流体动力学软件Fluent，选用离散相模型和雷诺应力模型，对水平直管、水平弯管和三通管进行萘颗粒沉积的数值模拟，对于不同的管径、弯曲比、管径比，分别分析萘颗粒直径、入口速度、温度及压力对萘颗粒沉积的影响。研究结果表明:水平直管、水平弯管、三通管中的萘颗粒沉积率与颗粒粒径成正相关关系，而与气流入口速度、压力成负相关关系；萘颗粒在人工煤气管道中的沉积率主要受颗粒直径、气流入口速度的影响；萘颗粒的沉积率随着水平直管的管径增大而增大，随着水平弯管的弯曲比增大而增大，随着三通管的管径比增大而先增大后减小；可通过适当增大管内煤气输送速度、压力，降低温度来降低萘颗粒在人工煤气管道中的沉积速度，进而减少萘颗粒沉积的发生。     

页岩气压裂弯管中液固两相流冲蚀磨损的数值模拟

为了研究超高压水力压裂下支撑剂颗粒进入弯管后冲蚀磨损区域的变化特性。基于液-固两相流理论、Fluent冲蚀模型建立弯管冲蚀模型,结合弯管内流场分析颗粒运动轨迹,引入斯托克斯数（St）探究冲蚀磨损区域变化,并进行数值分析。研究结果表明:弯管中冲蚀磨损发生区域有5处,主要严重区域有3处,弯管流场会改变固体颗粒数量及对壁面冲击动能与运动轨迹,St变化会明显引起冲蚀磨损区域的规律性变化;随着St从0~1至St>1变化,弯管段内壁面外侧（液体进入弯管后的正对区域）与直管段靠近弯管段的侧方区域的冲蚀磨损情况呈现“此消彼长”的规律性差异;管径越小,最大冲蚀速率的增长幅度越明显,增大管径,是减小冲蚀磨损的有效途径。研究结果对压裂弯管的改进设计及管道安全防护具有指导作用。     

垃圾焚烧飞灰中As和Hg的粒径分布及浸出特性研究

研究重庆市某垃圾焚烧发电厂不同粒径飞灰中As和Hg的分布特性及飞灰中As和Hg的浸出毒性,探讨浸出液初始pH值、液固比及浸出时间对飞灰中As和Hg浸出的影响.结果表明,飞灰粒径<100 μm时,As含量随粒径的增大而增大,粒径>100 μm时,As含量则随粒径的增大而减小;飞灰粒径<1 000 μm时,Hg明显表现出向小颗粒富集的趋势.其中,75～100 μm灰飞中As含量最高,是粒径<38 μm飞灰中As含量的10.73倍;粒径<38 μm飞灰中Hg含量最高,是250～1 000 μm飞灰中Hg含量的3.68倍.垃圾焚烧厂飞灰中As和Hg的浸出质量浓度分别为(2.85±0.87)mg/L和(0.20±0.06)mg/L,其中Hg的浸出毒性超过国家限定标准(0.10 mg/L),是危险废物.As和Hg的浸出量随浸出液初始pH值的减小而增大,随液固比的增大而增大;As和Hg在浸出液初始pH<4时的浸出质量浓度较大,表明飞灰中As和Hg较易在酸性环境下浸出.随着浸出时间的增加,As的浸出量总体上呈上升趋势,而Hg的浸出量总体上呈下降趋势.本研究为垃圾焚烧飞灰的无害化处理和资源化利用提供了依据.     

水力压裂冲蚀磨损对连续管剩余寿命影响研究

针对水力压裂中连续管内壁冲蚀磨损严重和连续管易失效的问题,基于液-固两 相流和冲蚀理论,建立了连续管内部砂砾冲蚀模型。采用Grant和Tabakoff模型求解砂 砾冲蚀速率,借助实验数据验证了CFD数值模型。利用该模型研究了连续管在不同弯曲 度、砂砾粒度、压裂液注入量、质量流量、压裂液粘度对连续管内壁的冲蚀特性。研究 表明:弯曲连续管比直连续管冲蚀磨损严重,且弯曲度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较 大。随着注入量的增加,壁厚平均损失值和壁厚损失峰值呈现快速递增趋势。支撑剂固 体颗粒的粒度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较大,粒度为40目时连续管冲蚀速率最大。 随质量流量的增加,连续管剩余寿命呈线性下降。随压裂液粘度的增加,连续管内壁冲 蚀速率总体呈现下降趋势。     

吸气式管道尺寸及温差对烟颗粒输运的影响

在火灾标准燃烧室中,用扫描电迁移粒谱仪测量单孔采样的吸气管道内5种标准试验火烟雾颗粒浓度和粒径分布的变化,分析管道输运中管道参数对烟颗粒数目浓度损耗和中位径的影响.结果表明,在管道输运中,平均粒径相对较小的热解和阴燃烟雾颗粒.其小于0.1μm的超细颗粒部分的浓度损耗随管道长度的增加而增大,且烟颗粒平均粒径随管道增长而增大.而明火烟雾在管道输运中,由于管道与高温烟雾的温差增大,导致0.1～1 μm颗粒的管壁沉积损耗增大,使烟颗粒数浓度下降,中位径减小了几个纳米.火灾早期,火灾阴燃和热解期间小于0.1 μm的烟颗粒数目浓度占15%以上,因此,用较短的管道或者管道分级预警的方式可以减少滞留时间,提高极早期感烟探测的灵敏度.     

硬脂酸粉尘爆炸特性试验研究

为研究硬脂酸粉尘的爆炸特性,采用20 L球型爆炸仪对4个粒径范围的硬脂酸粉尘进行粉尘爆炸试验研究。结果表明:一定浓度范围内增大粉尘浓度能够提升硬脂酸粉尘的爆炸能量和燃烧速率。增大粉尘浓度,爆炸猛烈度先增强后减弱;减小粉尘粒径,能增强爆炸猛烈度和敏感度。粒径小于58 μm粉尘的爆炸猛烈度和敏感度最大,浓度500 g/m3时,该粉尘有最大爆炸压力1.12 MPa和最大升压速率142.00 MPa/s。     

煤尘挥发分及粒径对爆炸火焰长度的影响研究

为研究煤尘挥发分及粒径对爆炸火焰长度的影响及其变化规律,选取挥发分含量不同的四种典型烟煤煤样,分别制备成31.5、44、62.5、81.5、119、>150 μm六种粒径,利用煤尘爆炸性鉴定装置测试其爆炸火焰长度,并对其爆炸火焰长度变化规律进行分析。结果表明:随着挥发分含量的增加,不同粒径级别的煤尘爆炸火焰长度均呈增长趋势;在挥发分含量较低的区间,挥发分含量增加对爆炸火焰长度影响不大;在挥发分含量较高的区间,随着挥发分含量的增加其爆炸火焰长度也急剧增加,并且粒径越小增加的越快。对于同一实验煤样,随着粒径的增大,其爆炸火焰长度逐渐减小,粒径增大到150 μm以上时爆炸火焰几乎消失。爆炸火焰长度随粒径变化的变化率根据实验煤样的不同,呈现出两种变化规律,挥发分含量为18.99%和27.52%煤样的爆炸火焰变化率先增加再减小再增加,挥发分含量为32.20%和39.74%的煤样呈现先增加再减小的趋势,但四组实验煤样的爆炸火焰长度变化率都在44～62.5 μm的粒径变化量时达到最大值。     

超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化影响因素实验研究*

为掌握超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化机理及特性,采用流体力学线性不稳定理论分析雾化机理,通过喷雾实验研究不同因素对雾化性能的影响及对比不同类型喷嘴的雾化效果。研究结果表明:随着距喷嘴出口距离增加,超音速虹吸式空气雾化喷嘴在雾滴破碎后碰撞聚合作用由强到弱,300 mm内雾滴粒径增长速率明显,300 mm外雾滴粒径增长速率较缓。随着供气压力增加,超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾滴粒径逐渐减小,在实测距离内SMD（平均粒径）最小为17.5 μm。不同供气压力下,超音速虹吸式空气雾化喷嘴随距离增加,雾滴粒径增长趋势基本一致。有效射程内供气压力为0.1~0.5 MPa时,SMD仅为17.5~31.16 μm。对比实验中,超音速虹吸式空气雾化喷嘴SMD比内混式空气雾化喷嘴和X旋流型压力喷嘴小53.5%~74.0%。     

Numerical investigation of flow erosion and flow induced displacement of gas well relief line

High-pressure particle-laden gas flow should be discharged through relief line of gas well timely to ensure safe test and exploitation. Erosion and vibration usually take place on the bend in relief lines, bringing a potential safety hazard to field operation. The majority of this paper investigates the factors affecting the erosion of bend and displacement of relief line in the downstream of bend using the computational fluid dynamics (CFD) methodology. A three-dimensional elbow pipe is selected as computational domain in this investigation. The kinematics and trajectory of discrete solid particles and liquid droplets are described by discrete phase model (DPM) while the hydrodynamic characteristics of continuous phase are obtained based on Reynolds-Averaged-Navier-Stokes (RANS) equations. An empirical erosion model is employed to predict the erosion rate of bend, and a fluid–structure interaction (FSI) model is adopted to calculate the displacement of relief line. The effects of types of multiphase flow (such as gas–solid two-phase flow and gas–liquid–solid three-phase flow), inlet flow rate and pipe diameter on erosion and displacement are discussed. The results show that large displacement and severe erosion present with large inlet flow rate in minor diameter pipe. The increase in liquid droplet content has less effect on flow erosion than that by the same increase in sand particle content.     

油水两相流弯管处安全分析

针对油水两相流经过弯管时的流向改变会导致流体速度和压力发生突变,造成发生静电事故和腐蚀事故风险上升 的不利影响,提出了RSM模型和Mixture模型相结合的安全分析方法。该方法对不同入口速度和含水率的油水两相流进行 数值模拟,并用Origin软件拟合了进口最大允许流速与管径及含水率的经验关系。结果表明,在含水率和入口速度一定 时,随着管径的增加,弯管处的最大速度呈现逐渐减小的趋势:当管径和入口速度一定时,随着含水率的增加,弯管处 的最大速度也逐渐减小。最大压力出现在弯管外拱壁处,最小压力出现在弯管内侧拱壁处。在实际生产中,增加弯管下 游直管段内侧壁的壁厚,可有效防止空化腐蚀所造成的危害;通过含水率来确定安全流速,可有效降低静电事故的风险 。     

页岩气压裂管汇弯头的冲蚀磨损影响分析*

为减小管汇弯头所受的冲蚀磨损率，在考虑固液两相流模型、流体控制方程及冲蚀磨损计算模型基础上，建立高压弯头冲蚀磨损数值模型，以现场工况为依据，对压裂液的流动速度、压裂液黏度、质量流量以及颗粒直径进行控制调整，研究高压弯头的冲蚀因素，得出各因素对弯头冲蚀磨损机理，总结各因素对弯头冲蚀磨损规律。结果表明:为减小冲蚀磨损率，提高高压弯头使用寿命，应减小施工压裂液的质量流量、选用直径较小的颗粒、压裂液黏度应为0.014 Pa·s左右；针对高压弯头提出弯径比为2～3、适当增加弯头的壁厚等改进措施。     

高速气固两相流作用下的煤化工管材冲蚀磨损行为研究

为解决煤化工业中节流阀突扩口高速气固两相流对管壁材质的冲蚀磨损问题,利用基于激波管原理驱动的气固两相流冲蚀实验装置,试验研究冲击角度、温度对煤化工管材(10#、AISI304)的冲蚀磨损规律。研究结果表明:10#、AISI304管材的冲蚀率将随着冲击角度的增加而先增大后减小;室温下,10#、AISI 304钢的最大冲蚀率均出现在15°~30°区间;随着温度的升高,10#的最大冲蚀率出现在30°~45°区间,AISI304最大冲蚀率出现在30°。10#在30°,45°冲击角度下冲蚀磨损率会随温度上升显著上升,在15°冲击角度下冲蚀磨损率反而会随温度上升而下降。AISI 304在15°,30°,45°冲击角度下,冲蚀磨损率均会随温度上升而上升;在特定条件下,10#管材的冲蚀性能将优于AISI304。     

基于CFD-DEM的旋风除尘器内气固流动特性研究

为了研究旋风除尘器内气固流动特性,采用CFD-DEM耦合算法研究不同入口气体速度下旋风除尘器内颗粒流态、静压、径向速度及轴向速度分布特征。结果表明:煤屑颗粒在离心力和径向曳力的作用下以螺旋颗粒条带靠近除尘器的壁面稳定向下移动,随着入口风速的增加煤屑颗粒条带变宽,条带与除尘器的第1次接触的拐点上移,螺距减小;除尘器内部压力轴向变化较小,径向变化较大,随着入口气体速度增加,除尘器壁面附近高压区范围和压力也随之增加,除尘器上方和下方的负压区变宽并朝轴向方向延伸;随入口气体速度增加,除尘器内径向速度和轴向速度逐渐增加,煤屑颗粒在除尘器中部聚集较多,煤屑停留时间变长,入口气体速度为15 m/s时,煤屑颗粒在除尘器内停留时间最长。     

球阀处硫颗粒运移沉降规律数值模拟研究

元素硫在集输管道中沉积会引起堵塞和腐蚀问题,球阀处是集输管道中较易出现大量硫沉积的部位之一。为此,采用数值模拟的方法研究高含硫天然气中析出的硫颗粒在球阀处的运移沉降规律,选用雷诺应力模型模拟球阀处的流场,选用Lagrange颗粒轨道模型追踪硫颗粒在球阀处的运动轨迹,探讨影响硫颗粒在球阀处沉积的因素。结果表明:气流进入球阀内将会出现压力损失和流动分离,气流进口速度和球阀开度会对流场产生影响;硫颗粒在球阀处的沉积率随气流流速和颗粒直径的增大而增大,随球阀开度的增大而减小;重力和离心力是造成硫颗粒在球阀处出现大量沉积的重要原因。