針對管道在流體流向急劇改變處受到的沖刷腐蝕問題,采用離散相DPM（Discrete Phase Model）模型,利用FLUENT軟件對盲通管和直彎管進(jìn)行分析仿真。通過改變?nèi)肟谒俣�、質(zhì)量流量、固體顆粒大小、直彎管彎曲半徑及盲通管的不同堵頭長度和管徑來探究每個因素對沖蝕速率的影響。結(jié)果表明:在其他條件相同情況下,盲通管和直彎管的最大沖蝕率隨入口速度的增長呈現(xiàn)指數(shù)上升的趨勢;隨著固相顆粒直徑增加,直彎管的最大沖蝕率呈線性增加,盲通管最大沖蝕率在顆粒直徑為250～400μm呈平緩趨勢,在小于250μm和大于400μm的范圍內(nèi)線性增長;隨著直彎管彎曲半徑的增大,直彎管的最大沖蝕率線性減小;通過改變盲通管的堵頭長度發(fā)現(xiàn)盲通管堵頭的長度變化不會對沖蝕率的大小產(chǎn)生明顯影響,但盲通管的沖蝕速率會隨著盲通管管徑變大而減小,沖蝕區(qū)域隨著管徑的變大而減小且位置逐漸向管道上端移動。數(shù)值模擬的研究結(jié)果可為優(yōu)化管道鋪設(shè)提供相應(yīng)的理論依據(jù)。 

【文章來源】：材料保護(hù). 2020,53(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

彎管模型及網(wǎng)格劃分

沖刷腐蝕一般是指流體或固體顆粒以一定的速度和角度對物體表面進(jìn)行沖擊，發(fā)生材料損耗的一種現(xiàn)象，所以分析顆粒的大小、速度、質(zhì)量流速以及管道形狀變化對管道受到的最大沖蝕速率變化具有重要意義。圖2數(shù)值模擬的條件為直彎管、盲通管管徑都為50mm，直彎管的彎徑比R/D=0.5，管長L1=L2=10.0D=500 mm，盲通管的盲管長度D2為20 mm，粒子直徑為200μm，入口速度為20 m/s，質(zhì)量流速為0.8 kg/s，得出的2種管道沖蝕云圖。由圖2a可以看出盲通管受到?jīng)_蝕最大的部位在管道的下端管壁對稱兩側(cè)，根據(jù)其粒子追蹤圖(圖2b)可看出，這個位置產(chǎn)生較大沖蝕率是因?yàn)橐徊糠忠后w會堆積在盲管處，隨后的水流會與堆積的液體發(fā)生碰撞產(chǎn)生二次流，因此盲通管堵頭底端不會受到較大的沖蝕，并且粒子隨水流的二次流有較大的動能，對下端壁面進(jìn)行碰撞和沖刷。粒子在堵頭處發(fā)生堆積，導(dǎo)致粒子之間在堵頭處會發(fā)生碰撞反彈，以小于90°的傾角再次撞擊到下游管壁，加重了該位置的沖蝕情況。對于無盲通管的直彎管來說，沖蝕最嚴(yán)重部位在彎頭連接處下端外拱管壁外側(cè)，從彎管的速度矢量圖來分析，流體進(jìn)入彎接頭處，靠近彎管外側(cè)的流體的速度較大，攜帶的顆粒動能較大，因此彎管沖蝕最嚴(yán)重部位發(fā)生在彎管轉(zhuǎn)向處下側(cè)外端的管壁。

為了探究2種管道在液體連續(xù)相不同速度下的沖蝕情況，設(shè)定數(shù)值模擬的條件為直彎管、盲通管兩者管徑都為50 mm，直彎管的彎徑比R/D=0.5，管長L1=L2=10.0D=500 mm，盲通管的盲管長度D2為20 mm，選用粒子直徑200μm、質(zhì)量流速0.8 kg/s、密度1 500kg/m3的顆粒，入口速度10～35 m/s，以5 m/s為遞增區(qū)間。如圖3所示，最大沖蝕率隨入口速度的增大而增大，在流速為20 m/s以前，直彎管與盲通管的最大沖蝕率相差不大，速度為20 m/s之后，盲通管最大沖蝕率將呈指數(shù)增長，而直彎管先是平緩，然后在25 m/s之后最大沖蝕率急劇增加，原因是流速的增加使顆粒的動能增大，撞擊在壁面上的能量也變大，有效增加了沖蝕效果。通過擬合函數(shù):y=A1×exp(-x/t1)+y0,y為最大沖蝕速率，x為液體連續(xù)相的入口速度(以下類同)。其各項(xiàng)系數(shù)值及各項(xiàng)系數(shù)誤差，95%的置信區(qū)間如表1所示。由設(shè)定粒子直徑為200μm，入口流速為20 m/s，密度1 500 kg/m3的顆粒，質(zhì)量流速0.5～1.7 kg/s，以0.2kg/s為遞增區(qū)間，得到顆粒在不同質(zhì)量流速下的最大沖蝕率對比見圖4。由圖4可知:隨著質(zhì)量流速的增加，直彎管和盲通管的最大沖蝕率呈線性增長，且在相同的質(zhì)量流速下，顆粒撞擊在管壁面上的動能大小不變，但是頻率增加，導(dǎo)致最大沖蝕率呈線性增長。盲通管的最大沖蝕率是直彎管的2倍左右。通過擬合函數(shù):y=a+bx，其各項(xiàng)系數(shù)值及各項(xiàng)系數(shù)誤差，95%的置信區(qū)間如表2所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]液固兩相流彎管沖蝕研究與抗沖蝕優(yōu)化[D]. 趙聯(lián)祁.中國石油大學(xué)(華東) 2016



本文編號：3442077