單流渦流管(SCVT)對傳統(tǒng)渦流管(RHVT)的結(jié)構(gòu)進行了改進,在天然氣管道調(diào)壓系統(tǒng)的在線加熱方面具有較大的安全、節(jié)能優(yōu)勢。為了使SCVT技術能更好地適應天然氣管道系統(tǒng)的工況調(diào)整和環(huán)境溫度變化,基于前人關于RHVT的研究成果,建立了SCVT流場和溫度場計算模型,采用ICEM和FLUENT軟件分別對計算區(qū)域進行了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分和三維數(shù)值模擬;進而根據(jù)環(huán)道實驗數(shù)據(jù)對計算模型進行了驗證分析,針對SCVT在典型工況下的切向運動、軸向運動、靜壓、靜溫、短路流等特性進行了數(shù)值模擬研究。研究結(jié)果表明:①流場由一系列沿熱端管方向流量不斷衰減的"短路流"構(gòu)成;②流場結(jié)構(gòu)存在著平行于管中心的能量分離界面,界面的軸向速度為0,靜壓不隨軸向位置變化,界面兩側(cè)的內(nèi)、外旋流的軸向速度相反;③在靠近噴嘴的前半段,徑向方向的靜壓、靜溫、切向速度和軸向速度差異較大,能量分離效果顯著;④靜溫在管壁處最高,并沿著熱端管方向近似呈指數(shù)趨勢升高,較大的熱端管長徑比增大了與被加熱氣體之間的換熱面積,有利于提高SCVT的加熱性能。結(jié)論認為,該研究成果可以為渦流管加熱技術的推廣應用提供技術支持。

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【部分圖文】：

圖1 SCVT結(jié)構(gòu)示意圖

由于管道輸送天然氣的水露點較高，達到了生成天然氣水合物（以下簡稱水合物）的條件，致使天然氣管道站場生產(chǎn)運行過程中容易發(fā)生“冰堵”現(xiàn)象。目前，為了防止輸氣站的調(diào)壓裝置發(fā)生“冰堵”，應用電伴熱等外部熱源法加熱調(diào)壓閥的先導氣體，但存在著能耗高、維護繁瑣、安全隱患大、壽命短等諸多缺陷[1....

圖2 SCVT網(wǎng)格劃分圖

根據(jù)渦流管內(nèi)三維強旋流動的特點，為兼顧計算速度和收斂性，采用ICEM軟件對計算區(qū)域進行了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，同時對邊界層進行了局部加密，以更好地捕捉流動變化劇烈區(qū)域的邊界特征（圖2）。當網(wǎng)格總數(shù)達到100萬后，基本取得網(wǎng)格無關解。3模型驗證

圖3 SCVT實驗系統(tǒng)流程圖

渦流管環(huán)路實驗系統(tǒng)的流程如圖3所示。系統(tǒng)的設計壓力為6MPa，設計溫度為323K，管徑為25mm，管長22m左右。實驗工質(zhì)為氮氣，利用氮氣集裝格提供初始氣源，集裝格共16瓶氮氣，單瓶氮氣的有效容積為80L，壓力為10MPa。利用增壓機實現(xiàn)氣體在不同壓比、溫度、氣量條件下....

圖4 SCVT縱剖面流線分布圖

甲烷在SCVT內(nèi)的流動屬于高速旋轉(zhuǎn)的三維可壓縮湍流流動，其流場結(jié)構(gòu)的主要特征為“外旋流”和“內(nèi)旋流”由能量分離界面隔開，分別沿渦流管軸線相反方向運動（圖4）。外旋流在能量分離界面處獲取內(nèi)旋流的能量后變?yōu)椤盁釟狻�，使管壁溫度升高成為所謂的“熱端管”，進而具備加熱管外介質(zhì)（天然氣管道....

本文編號：4030650