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。     

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。     

含硫天然气井口笼套式节流阀硫沉积数值模拟研究

为分析含硫天然气气田井口笼套式节流阀的硫沉积问题,基于雷诺应力模型、组分输运模型及离散相模型,建立硫沉积数值模拟模型,分析笼套式节流阀的硫沉积规律及影响因素.研究结果表明:硫沉积主要出现在正对来流的节流孔外侧下缘、阀套边缘以及阀芯内侧,其中节流孔外侧下缘的沉积最严重,对于该位置,随着气流进口速度的增大,硫沉积速率先增大...     

天然气管道直管段结垢速率数值模拟研究

为了探究天然气集输管道运行中结垢速率的影响因素,基于FLUENT软件建立了天然气集输管道结垢速率数值模拟模型。结合川西北天然气管网的实际运行参数,定量分析了管道压力、温度、垢粒子浓度和流速对结垢速率的影响。结果表明,管道压力、介质流速与结垢速率呈负相关关系,介质温度、粒子浓度与结垢速率呈正相关关系。在实际生产过程中,可以通过适当增大气田采出水的压力和流速,降低介质温度来达到抑制结垢发生的目的;并且还分析了CaCO3颗粒在直管段处的生成与沉积规律。     

人工煤气管道萘沉积量预测方法及影响因素研究

为了研究人工煤气管道内萘沉积量的预测方法及其影响因素,以昆明人工煤气输气干管为例,结合TGNET软件模拟输气干管的运行工况(选用BWRS状态方程,Colebrook-White流动方程)计算管内萘沉积量,通过改变模型参数(地温、输气温度及输送压力)分析萘沉积量的影响因素。结果表明:1)萘沉积量预测方法的计算结果与实际情况的相对误差仅为3.36%,方法可行;2)饱和萘含量随地温降低而降低,随管道输送压力降低而升高,随管道输送温度降低而降低,且管内外温差越大,萘沉积量越大;3)温度变化是造成人工煤气管道中萘沉积并堵塞管道的主要原因,建议在煤气进入城市管网前先对其作降温处理,冬季在弯管、调压器等易出现萘沉积的部位添加保温设施以维持管内温度。     

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。     

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。     

两级旋风分离器内气固两相流动及分离特性

为了提高30μm以下小密度颗粒的分离效率,采用k-ε/RNG模型和DPM模型对改造后的两级旋风分离器内含尘气流的流动及分离特性进行了三维数值分析.将气体相作为连续介质,采用k-ε湍流模型对流场进行数值模拟;将颗粒相作为离散体系,采用随机轨道模型对颗粒的运动轨迹进行追踪,并分析其阻力与分离效率.结果表明,与常规分离器不同,气流进入两级分离器内筒后出现上、下分流.在外筒近壁柱体和锥体区均有涡流,中心轴线上无滞流、倒流现象.同一高度轴向速度呈非轴对称分布,切向速度基本呈轴对称分布.不同高度截面轴向速度分布差异较大,切向速度分布规律较一致.研究表明,随粒径增大,颗粒逃逸率减小,分离效率增大,但捕捉率则先增后减.粒径为5 μm时分离效率达60%,比常规分离器分离效率有较大提高.运动路径、分离时间的增加以及内外筒切向速度的差异是使分离效率提高的主要因素.     

冲缝筛管结垢速率模拟研究*

为对防砂过程中因地层物性影响而导致冲缝筛管出现结垢问题进行准确的过程分析,基于FLUENT平台利用现场数据建立流道中的化学反应和沉积结垢的数值模型,评估管道缝宽、环境压力、温度、离子浓度与流速对冲缝筛管结垢速率的影响规律。结果表明:筛管结垢速率与管内温度和离子浓度成正相关,与管内流体流速成负相关,但环境压力影响不大,同时结垢主要产生在冲缝台阶以及冲缝套与打孔基管的接触面上,对产液的过流面积存在较大影响;结合正交分析得到4个敏感因素的主次顺序为:管内温度、管内流速、反应物浓度、环境压力,并确定最小结垢的组合方案;通过DPM模型探究CaCO3颗粒的沉积规律,得到管内的沉积情况,并建立多因素垢层厚度的计算模型。在实际生产中为降低筛管结垢对油井产能的影响,可以通过降低管内的温度、离子浓度及适当地增大流速来抑制结垢过程的发生。     

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。     

天然气水合物水力提升中继舱舱体沉积安全性分析

针对天然气水合物水力提升过程中中继舱部件的沉积安全性问题,为了避免中继舱因沉积过多而导致整个提升系统的瘫痪,利用流场模拟软件CFD,分析了不同结构对中继舱内部流场的影响,对比了正方体、球体和圆柱体3种不同中继舱结构下的颗粒沉积情况、内部流速分布、粗细颗粒以及海水体积分数分布情况,得出圆柱体结构的安全性要优于另外两种结构。研究了圆柱体结构在不同工况下的沉积情况与安全性。结果表明:增加粗颗粒浓度,粗颗粒直径以及粗颗粒的密度都会导致中继舱沉积厚度增加,安全性降低,而增加进口速度则会导致中继舱沉积厚度减小,安全性有所提高。     

Deposition and Retention of Ultrafine Aerosol Particles in the Human Respiratory System. Normal and Pathological Cases

The particle number concentration in ambient air is dominated by nanometersized particles. Recent epidemiological studies report an association between the presence of nanoparticles in inhaled air at the workplace and acute morbidity and even mortality in the elderly. A theoretical model of deposition of 20 nm particles in the human alveolus was formulated. Gas flow structure and deposition rate were calculated for alveoli with different elastic properties of lung tissue. Data obtained in the paper show increased convective effects and diffusional rate of deposition of nanoparticles for alveoli with higher stiffness of the alveolar wall. The retention of deposited particles is also higher in these pathological alveoli. Results of our calculations indicate a possibility of existence of a positive loop of coupling in deposition and retention of nanoparticles in the lung with pathological changes.     

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。