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。     

弯管与盲通管冲蚀磨损对比分析研究

为了研究石油管道流向急剧改变处的冲蚀磨损问题,采用DPM模型,通过改变入口流速、颗粒质量流速、颗粒直径,对90°弯管与盲通管的流场分布及冲蚀情况进行数值模拟。结果表明:弯管与盲通管最大冲蚀速率随入口流速的增大呈指数增长,随颗粒质量流速的增大呈线性增长;在50~100 μm粒径范围内,最大冲蚀速率随粒径的增加逐渐减小,在100~300 μm粒径范围内,随粒径的增加而增大;在入口流速、颗粒质量流速、颗粒直径相同的条件下,弯管最大冲蚀速率明显高于盲通管最大冲蚀速率,盲通管的耐蚀性更强;由于流体在盲通管产生涡旋现象,增加了颗粒能量的耗散,从而减小了进入下游管线颗粒的速率,使得颗粒更易积存于盲通段形成堆积层,减小了下游管段冲蚀速率。     

焊肉位置对连续管冲蚀磨损规律研究

针对连续管在压裂作业时连续管内壁易受冲蚀磨损甚至导致失效的问题,基于液固两相流和冲蚀理论,利用FLUENT软件对比研究了带焊肉的直连续管、360°弯曲连续管、正弦弯曲连续管等连续管的内壁冲蚀磨损以及焊肉位置对360°弯曲连续管的冲蚀磨损规律。研究表明:360°弯曲连续管的最大冲蚀速率较直连续管增加了近22倍,正弦弯曲连续管的最大冲蚀速率较直连续管增加了近264倍;在360°弯曲连续管中,焊肉分布在外侧时连续管所受的最大冲蚀速率较无焊肉增加了约57%,焊肉在连续管内的扭转角度由90°增加到360°时,连续管最大冲蚀速率增加了约277%,建议控制焊肉位置以及焊肉扭转程度以减小冲蚀磨损。     

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。     

烧结机尾布袋除尘器磨损研究

针对目前烧结机尾布袋除尘器存在的磨损及破袋问题,利用CFX软件对布袋除尘器内部气相流场进行了数值模拟分析。模拟结果表明,滤袋底部区域气流速度分布不均匀,并且速度较高,导致滤袋摆动;灰斗中气流速度偏高,且存在漩涡,引起二次扬尘;滤袋摆动及含尘气流高速冲刷滤袋是造成滤袋磨损的主要原因。根据模拟结果提出了有针对性的改进措施,并对改进后的布袋除尘器进行了数值模拟,结果表明,改进后的除尘器内部气流分布得到了优化,除尘器运行良好,磨损及破袋现象得到了明显改善。     

石化压力管道冲蚀失效数值模拟及影响因素分析

以镇海REAC出口压力管道系统碳钢弯管为例,结合冲蚀失效机理,建立冲蚀失效流固耦合数理模型。利用数值模拟技术分析腐蚀产物保护膜与多相流动之间的交互作用,揭示弯管内壁剪切应力分布及保护膜主位移、应力、应变的分布规律,研究石化压力管道系统冲蚀失效过程;结合现场测厚数据验证有限元分析软件流固耦合数值模拟方法的可靠性;并进一步对比分析了流体流动特性、管件结构特性等特性参数对冲蚀的影响。为石化压力管道输送系统的冲蚀失效分析、结构优化设计、RBI和定期检验测厚定位、寿命预测、风险评估等安全保障研究提供理论依据和分析手段。     

烧结机尾除尘系统磨损研究

针对目前烧结机尾惯性+布袋两级除尘系统存在的破袋及壳体磨损问题,利用CFX软件对百叶式惯性除尘器内部气相流场进行数值模拟。结果表明:惯性除尘器内部灰斗中气流速度偏高,达10m/s,易引起二次扬尘;含尘气流对壳壁的高速冲击是引起壳壁磨损的主要原因;含尘气流在惯性除尘器的出口发生偏流导致布袋除尘器大烟道斜板磨损严重。根据模拟结果提出了针对性的改进措施,并对改进后的百叶式惯性除尘器进行了数值模拟,结果表明:改进后的除尘器内部气流分布得到了优化;改进后的除尘系统运行良好,破袋及磨损现象得到明显改善。     

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。     

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。     

弯管中油水固三相转相对冲刷腐蚀影响研究

为了研究三相流流经弯管产生转相时对管道的腐蚀问题,以辽河油田原油为例,在温度分别为40,50和55℃的实验条件下,测量不同温度下原油的粘度特性;分析了在不同温度和含水率情况下对高粘转相的影响;采用聚焦光束反射测量仪测量转相点附近固体颗粒沉降规律;采用RNGk-ε湍流模型和DPM模型相结合的方法,根据实验结果对其管道中的不同含水率以及不同混合速度变化对弯管的冲蚀影响进行了CFD模拟研究,得出在不同的入口速度和含水率变化条件下转相对于冲蚀速率的影响。研究结果表明:高粘原油的转相点与温度有关,温度越高,乳状液发生转相时的含水率越高;固体颗粒在油水固三相流沉降在转相点附近明显减少,变化规律与粘度成反向关系;当发生转相时,乳状液的粘度剧增导致管道中油品中包裹的颗粒数目增多,管道冲蚀速率明显减小。     

烟气消白烟道导流板CFD数值模拟流场设计

Fluent是一款常用CFD软件,在烟气消白工程设计烟道系统过程中增设导流板,采用CFD数值模拟,能优化换热器进口处烟气流场分布,该文通过比较烟道系统中有、无设置导流板流场模拟分析,得出两种不同流场模拟结果,优化后的换热器进口流场不均匀系数为0.085(优化前为0.346),较优化前改善明显,优化后换热器进口处的流场分...     

实际工况管道气固两相流冲蚀磨损的数值模拟研究

在工况条件复杂的石化管道系统中,冲蚀磨损失效是造成石化管道失效的主要原因,管道内的冲蚀主要发生在如三通管、盲三通、弯头等流向或结构发生变化的位置。本文采用CFD方法,对某炼化厂实际工况管道中的气固两相流冲蚀磨损进行数值模拟研究,结果表明:入口盲三通处的冲蚀磨损最严重,将数值模拟与实际数据进行对比,验证了模拟结果的准确性,并提出了4点测厚点布置建议。本文的研究结果可为石化管道的定点测厚监测提供直观、准确的布点参考。     

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。     

管道结构对氢/空预混气体爆炸特性影响研究*

为研究管道结构对氢-空预混气体爆炸特性影响,采用实验与数值模拟相结合的方法,分析不同管道结构内氢-空预混气体燃爆时火焰传播进程、爆炸压力、湍流动能变化及流场分布。结果表明:90°弯管对氢-空预混气体爆炸强度增强作用明显高于T型分岔管和直管。火焰阵面在结构突变处褶皱变形较明显,并出现大尺度强湍流和涡团,气团脉动速度与湍流燃烧速率不断增大,氢-空预混气体质量扩散速率与热量扩散速率增大,湍流动能呈迅速上升趋势。     

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。     

水环境中管道结构对阴极保护系统电位分布影响的数值模拟

在实际水下铺设工程中,由于需要避开一些水下构筑物,管道不可避免地存在转弯或是分输的情况,传统的检测方法较难实现对水体中阴极保护效果的分析评估。利用有限元软件COMSOL,对水环境中弯管及分支管线对管道整体阴极保护系统的影响进行了数值模拟和分析论述,分别研究了不同角度弯管、管道以相同的角度分别转向和转离阳极等情况下阴极保护电位的分布情况,获取了管道不同结构对阴极保护系统的影响规律,为管线阴极保护系统的设计优化提供理论参考。     

水平弯管内硫沉积数值模拟研究

元素硫在集输管道中沉积会引起堵塞和腐蚀问题,而弯管是集输管道中较易出现硫沉积的部位之一。为此,采用数值模拟的方法研究水平弯管内的硫沉积问题,首先利用雷诺应力模型对流场进行模拟,其次采用Lagrange颗粒轨道模型对硫颗粒进行模拟追踪,研究不同因素对硫颗粒在弯管中沉积率的影响。结果表明:弯管内壁会出现负压区和低速区,气流速度和弯曲比会对流场产生影响;硫颗粒在弯管中的沉积率随流速、粒径和弯曲比的增大而增大;硫颗粒沉积是重力和离心力共同作用的结果,其中离心力是导致弯管中沉积率增大的重要原因。     

矿井风机叶片磨损机理与抗磨技术研究进展

从固体颗粒冲击叶片和气固两相流动过程两个方面论述矿井风机叶片磨损机理和规律,分析各种冲蚀磨损理论的优缺点,进而归纳出影响矿井风机叶片磨损的各种因素,其中材料硬度、颗粒特性、冲击速度和冲击角度对叶片磨损影响较大。分析矿井风机叶片多种抗磨防护技术原理并指出:冲蚀磨损机理研究应从宏观的力学分析深入到磨粒与材料的微观和宏观组织相互作用;深入研究动力学机理,将材料单纯的抗磨与抗冲击缓冲相结合;进一步应用数值计算和实验测试方法,提高流场磨粒速度和冲击角时空分布的预测计算精度。从而设计开发出耐磨弹性梯度材料、耐磨新材料和新涂层材料。     

余热锅炉磨损的数值模拟分析

利用数值模拟方法对余热锅炉进行流场及湍流密度计算结果总结出锅炉主要磨损规律,原因及主要磨损部位,与现场磨损的部位正好吻合,为减少磨损等复杂工程问题提供了理论依据,并就磨损的部位提出了应对措施。     

加砂压裂中固体支撑剂对压裂管道的冲蚀磨损研究

为研究压裂高压管汇在大排量携砂液输送过程中的管壁冲蚀磨损问题，应用CFD方法及Fluent软件，建立了高压管汇主要管件三通管的冲蚀模型，基于数值模拟计算研究了冲蚀发生机理及位置，探讨了高压管汇的冲蚀特点。结果表明:压裂液流动方向变化区域存在严重的冲蚀现象，如主管与支管连接处；三通主管下游段，内壁冲蚀主要是来自支管的固体支撑剂在运动方向改变时对内壁低角度切削；管汇里越靠近井口的三通因为压裂液流量增加，主管下游段两侧冲蚀越严重。该研究结果可为管汇设计制造、关键部位检测等提供技术参考。