數(shù)值分析方法是預(yù)測管道內(nèi)固體顆粒侵蝕的有效手段。本文驗證了數(shù)值分析過程中求解輸氣彎頭處固體顆粒侵蝕的每一步驟,即模擬流場、跟蹤顆粒、計算侵蝕;在每一步驟中使用不同模型,通過與實驗數(shù)據(jù)對比選擇最優(yōu)求解方法。使用五種不同的湍流模型計算輸氣彎頭處的速度場;使用離散相與連續(xù)相的單向耦合與雙向耦合方法跟蹤顆粒的運動狀態(tài);基于顆粒撞擊要素,使用四種顆粒沖蝕模型計算彎頭侵蝕;基于相似性準(zhǔn)則,計算不同模型尺度下侵蝕速率的無量綱數(shù)。通過與實驗數(shù)據(jù)進行對比可知:剪切應(yīng)力傳輸模型是計算輸氣彎頭內(nèi)流場的最優(yōu)湍流模型;離散相與連續(xù)相的雙向耦合模型對于顆粒運動狀態(tài)的預(yù)測更為精確;Oka顆粒沖蝕模型能夠更為準(zhǔn)確地計算各流場條件下的固體顆粒侵蝕結(jié)果;固體顆粒侵蝕的數(shù)值方法符合相似性準(zhǔn)則,低輸沙率時計算精度更高。 

【文章來源】：船舶力學(xué). 2020,24(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

實驗裝置與測試位置

數(shù)值分析結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比見圖2，其中圖2(a）為沿管程垂直平面的軸向速度，圖2(b）為沿管程水平平面的軸向速度，圖2(c）為沿管程水平平面的環(huán)向速度，圖中縱軸r/R代表距管道中心的相對位置。由對比結(jié)果可知：在管程z/D=-1到φ=30°之間，數(shù)值方法能夠較準(zhǔn)確地計算垂直平面上的軸向速度；在管程φ=45°下游，尤其是在管程φ=45°至z/D=-1之間的彎管段，數(shù)值方法計算的垂直平面上的軸向速度與實驗數(shù)據(jù)偏差較大；在管程z/D=-1到φ=90°之間，數(shù)值方法能夠較準(zhǔn)確地計算水平平面上的軸向速度；在管程φ=90°下游，數(shù)值方法計算的水平平面上的軸向速度與實驗數(shù)據(jù)略有偏差；在整個管程上，數(shù)值分析方法對于環(huán)向速度的計算均較為準(zhǔn)確。在φ=45°與z/D=1的區(qū)域內(nèi)，由于二次流的影響致使管道內(nèi)流場變化極為復(fù)雜。圖3為φ=45°與z/D=1的區(qū)域內(nèi)沿管程垂直平面的軸向速度的數(shù)值計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比圖；表3為數(shù)值計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)間偏差的均方根，計算方法如下：

由圖3和表3可知，SST模型能夠最為準(zhǔn)確地預(yù)測出垂直平面上軸向速度的變化趨勢，在局部的低雷諾數(shù)流場中預(yù)測精度最高；此外，SST模型考慮了湍流剪應(yīng)力的傳輸，更適合于彎管近壁面處的流場計算。因此，處理輸氣彎頭內(nèi)流場時，宜使用SST模型求解湍流流場。2.2 耦合方式比較


本文編號：3568275