為深入研究管流式?jīng)_蝕裝置異徑管內(nèi)固液兩相流場對管壁面的影響,以砂粒為工質(zhì),采用Standard k-ε湍流模型、空化模型和沖蝕模型對DN100-DN50異徑管進行數(shù)值模擬,在流速2、3、4、5 m/s時和溫度300、310、320、330 K時,分別獲得測試管壁面沖蝕和空化的分布規(guī)律。結(jié)果表明:測試管的沖蝕速率隨著流速的增大而逐漸增大,隨溫度的升高而輕微變化;在流速為2、3和4 m/s時,測試管的空氣體積分?jǐn)?shù)較小近似為零,在流速為5 m/s時,測試管入口處出現(xiàn)空泡現(xiàn)象,其他區(qū)域空氣體積分?jǐn)?shù)近似為零。測試管的空氣體積分?jǐn)?shù)隨溫度的升高而無明顯變化。在不同流速下沖蝕非穩(wěn)定長度仿真結(jié)果與試驗結(jié)果分別相差1.74%,1.67%,1.48%,1.39%。因此,管流式?jīng)_蝕裝置的異徑管連接方式設(shè)計合理,可以忽略空化對測試管的破壞作用,能夠確定沖蝕非穩(wěn)定長度,為后續(xù)研究管道沖刷腐蝕行為以及分析測試管腐蝕位置提供理論依據(jù)。 

【文章來源】：真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報. 2019,39(09)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

不同流速軸向速度云圖

真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報第39卷部阻力損失較小。3.3湍動能場分析湍動能是影響沖蝕速率的重要因素。圖6為不同流速變徑圓管內(nèi)部耦合條件下湍動能的分布情況，由圖4可知，在起始階段湍動能運動較為平穩(wěn)，湍動能較小，此處為分支管Ⅰ壁面附近湍動能分布情況，由于突縮管存在，此處湍動能脈動強烈，流場不穩(wěn)定，測試管湍流能先迅速增大，然后緩慢增大，由于突擴管的存在，測試管湍動能呈現(xiàn)減小趨勢。隨著流速的增加，測試管壁面附近湍動能逐漸增大。即測試管內(nèi)的局部能耗損失增大和壓力損失增大。圖5為流速4m/s時，不同溫度下異徑管壁面附近湍動能的分布情況，由圖中可知隨著溫度的增加，測試管近壁附近湍動能無明顯變化。3.4沖蝕場分析沖蝕是造成管道失效的重要因素。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，測試管入口段沖蝕速率較大，由于粒子對流體具有較強的跟隨性，以及測試管入口段出現(xiàn)二次流現(xiàn)象，二次流增加了顆粒在此處的停留時間，增加了顆粒與壁面的多次碰撞，造成該處的沖蝕速率較大，因此在測試管的前端存在一段區(qū)域管壁沖蝕速率大于后端沖蝕速率。測試管的前段部分存在未發(fā)生沖蝕區(qū)域，這是由于液體經(jīng)過突縮管流速變大，固體顆粒向測試管中心位置靠近，當(dāng)流速趨于穩(wěn)定后，固體顆粒由中心位置向四周運動，并在壁面位置堆積。測試管沖蝕速率隨著流速的增大而增大，這是由于流速增大，固體顆粒的動能增大，從而沖蝕速率增大。從圖7中可知，在流速4m/s，沖蝕速率隨溫度的升高輕微變化或無明顯變化，因此管道的沖蝕速率均勻分布。3.5空化場分析空化發(fā)生于高速水流的低壓區(qū)域，是由水動力學(xué)因素驅(qū)動的近似恒溫相變的過程。由圖8可知，當(dāng)流速為2、3和4m/s

真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報第39卷部阻力損失較小。3.3湍動能場分析湍動能是影響沖蝕速率的重要因素。圖6為不同流速變徑圓管內(nèi)部耦合條件下湍動能的分布情況，由圖4可知，在起始階段湍動能運動較為平穩(wěn)，湍動能較小，此處為分支管Ⅰ壁面附近湍動能分布情況，由于突縮管存在，此處湍動能脈動強烈，流場不穩(wěn)定，測試管湍流能先迅速增大，然后緩慢增大，由于突擴管的存在，測試管湍動能呈現(xiàn)減小趨勢。隨著流速的增加，測試管壁面附近湍動能逐漸增大。即測試管內(nèi)的局部能耗損失增大和壓力損失增大。圖5為流速4m/s時，不同溫度下異徑管壁面附近湍動能的分布情況，由圖中可知隨著溫度的增加，測試管近壁附近湍動能無明顯變化。3.4沖蝕場分析沖蝕是造成管道失效的重要因素。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，測試管入口段沖蝕速率較大，由于粒子對流體具有較強的跟隨性，以及測試管入口段出現(xiàn)二次流現(xiàn)象，二次流增加了顆粒在此處的停留時間，增加了顆粒與壁面的多次碰撞，造成該處的沖蝕速率較大，因此在測試管的前端存在一段區(qū)域管壁沖蝕速率大于后端沖蝕速率。測試管的前段部分存在未發(fā)生沖蝕區(qū)域，這是由于液體經(jīng)過突縮管流速變大，固體顆粒向測試管中心位置靠近，當(dāng)流速趨于穩(wěn)定后，固體顆粒由中心位置向四周運動，并在壁面位置堆積。測試管沖蝕速率隨著流速的增大而增大，這是由于流速增大，固體顆粒的動能增大，從而沖蝕速率增大。從圖7中可知，在流速4m/s，沖蝕速率隨溫度的升高輕微變化或無明顯變化，因此管道的沖蝕速率均勻分布。3.5空化場分析空化發(fā)生于高速水流的低壓區(qū)域，是由水動力學(xué)因素驅(qū)動的近似恒溫相變的過程。由圖8可知，當(dāng)流速為2、3和4m/s

【參考文獻】：
期刊論文
[1]熱端管長度對渦流管流場影響的數(shù)值模擬研究[J]. 何麗娟,孫尚志,馬文清,王德超,潘鵬,田寶云.  真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報. 2019(02)
[2]基于有限元的固液兩相射流沖刷磨損率數(shù)值研究[J]. 原慧軍,張利軍.  真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報. 2019(01)

博士論文
[1]管道彎管段沖刷腐蝕機理與流體動力學(xué)特征[D]. 曾莉.華中科技大學(xué) 2017

碩士論文
[1]文丘里管內(nèi)空化演變過程及其影響因素研究[D]. 劉亞楠.哈爾濱理工大學(xué) 2019
[2]海底管道彎管段的沖蝕分析及實驗研究[D]. 文瀟.中國石油大學(xué)(華東) 2015



本文編號：3108187