本文關(guān)鍵詞：天然氣集輸管道彎頭沖蝕磨損研究

  更多相關(guān)文章： 磨損 彎頭 固體顆粒 Tulsa模型 疲勞磨損模型 多相流

【摘要】：天然氣在集輸過(guò)程中,攜帶的微小固體顆粒和液態(tài)水會(huì)在彎頭處產(chǎn)生沖蝕磨損,進(jìn)而引發(fā)管道的失效。因此,研究天然氣集輸管道彎頭的沖蝕磨損機(jī)理和磨損分布特征,提出有效減緩磨損的控制方案,是各氣田集輸管道設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中急需解決的問(wèn)題。彎頭沖蝕磨損研究的關(guān)鍵點(diǎn)是得到顆粒在彎頭壁面發(fā)生碰撞時(shí)的相關(guān)參數(shù),由于天然氣集輸管道彎頭內(nèi)流場(chǎng)復(fù)雜,是一個(gè)典型的氣液固多相流問(wèn)題,這對(duì)彎頭沖蝕磨損問(wèn)題的求解帶來(lái)極大的困難。本文基于計(jì)算流體力學(xué)方法,以求解彎頭沖蝕磨損特征參數(shù)為目標(biāo),運(yùn)用Fluent軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),采用數(shù)值模擬的方法,研究了天然氣集輸管道彎頭內(nèi)氣液固多相流場(chǎng)、工況運(yùn)行參數(shù)、物性條件對(duì)彎頭內(nèi)顆粒分布特征和磨損特征的影響。根據(jù)沖蝕磨損基本理論,利用圖像比較和相關(guān)性分析的方法,分別對(duì)基于磨損機(jī)理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的磨損速率預(yù)測(cè)方程進(jìn)行了比較,提出以攻角為分界條件的磨損速率雙方程模型,并利用C語(yǔ)言編制成用戶自定義函數(shù)編譯連接到Fluent求解器內(nèi)作為彎頭沖蝕磨損速率的計(jì)算模塊。通過(guò)HYSYS軟件計(jì)算得到了天然氣物性參數(shù),并使用Goiver流型圖、Mandhane流型圖和OLGA軟件判斷氣液兩相流流型,建立了簡(jiǎn)化的氣液固多相流入口邊界條件。最后根據(jù)以上物性參數(shù)、邊界條件和磨損速率雙方程模型分別建立了干氣輸送條件和濕氣輸送條件下的天然氣集輸管道彎頭沖蝕磨損模型。針對(duì)彎頭內(nèi)氣液固多相流動(dòng)特征,建立了天然氣集輸管道彎頭內(nèi)氣液固多相流模型,氣固(液固)兩相流采用離散相模型,而氣液兩相流采用VOF模型,將兩個(gè)模型耦合后進(jìn)行多相流的模擬�；谏鲜鎏烊粴饧敼艿罌_蝕磨損模型和彎頭內(nèi)氣液固多相流模型,本論文采用有限體積法對(duì)流體控制方程和附加方程組進(jìn)行空間、時(shí)間離散,使用PISO算法進(jìn)行流場(chǎng)壓力-速度的耦合迭代計(jì)算,并結(jié)合實(shí)際工況參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行求解。本論文通過(guò)上述研究得到：95%模擬工況下,彎頭磨損最嚴(yán)重區(qū)域位靠近彎頭出口位置；顆粒在彎頭入口截面的位置對(duì)壁面磨損速率影響較大,隨著彎頭直徑的增加,對(duì)彎頭造成沖蝕磨損的顆粒數(shù)量也會(huì)減少,最多可占顆�？倲�(shù)的45.4%；天然氣集輸管道彎頭磨損特征隨著氣體含水率的增加而變得復(fù)雜；通過(guò)對(duì)影響因素的權(quán)重分析可知,用控制流速的方法來(lái)減緩彎頭沖蝕磨損。綜上所述,所得的研究結(jié)果將為下一步開(kāi)展實(shí)驗(yàn)環(huán)道研究提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為集輸管道彎頭幾何尺寸的設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：磨損 彎頭 固體顆粒 Tulsa模型 疲勞磨損模型 多相流
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TE977
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 研究背景及意義9-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線15-18
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 1.3.2 技術(shù)路線17-18
• 第2章 天然氣集輸管道彎頭沖蝕磨損模型18-51
• 2.1 顆粒磨損理論與磨損方程18-35
• 2.1.1 沖磨損理論18-21
• 2.1.2 常用磨損速率預(yù)測(cè)方程21-25
• 2.1.3 磨損速率預(yù)測(cè)方程的評(píng)價(jià)25-34
• 2.1.4 磨損速率雙方程模型34-35
• 2.2 天然氣集輸管道彎頭沖蝕磨損模型的建立35-50
• 2.2.1 建模難點(diǎn)35-36
• 2.2.2 顆粒及壁面物性參數(shù)重要假設(shè)36-37
• 2.2.3 天然氣集輸管道彎頭規(guī)格37-38
• 2.2.4 彎頭幾何模型建立38-40
• 2.2.5 天然氣的輸送參數(shù)與氣質(zhì)組成40-41
• 2.2.6 氣液兩相流流型判斷41-45
• 2.2.7 顆粒的來(lái)源與粒徑分布45-49
• 2.2.8 天然氣集輸管道彎頭沖蝕磨損模型49-50
• 2.3 本章小結(jié)50-51
• 第3章 天然氣集輸管道彎頭內(nèi)氣液固多相流模型51-69
• 3.1 顆粒在流體中的受力分析及方程的建立51-56
• 3.1.1 單個(gè)顆粒在流體中運(yùn)動(dòng)的升力和曳力51-52
• 3.1.2 顆粒受到的其他作用力52-55
• 3.1.3 單個(gè)顆粒在氣流中的運(yùn)動(dòng)方程55-56
• 3.2 顆粒相之間的相互作用56-58
• 3.2.1 顆粒相稀稠性判斷56-57
• 3.2.2 判斷顆粒是否發(fā)生碰撞的數(shù)學(xué)方法57-58
• 3.2.3 描述顆粒之間相互作用的模型58
• 3.3 顆粒在壁面的反射方程58-60
• 3.4 氣液固多相流連續(xù)相基本方程60-64
• 3.4.1 流體動(dòng)力學(xué)控制方程60-62
• 3.4.2 湍流方程62-63
• 3.4.3 在近壁區(qū)使用k-ε模型的問(wèn)題63-64
• 3.5 多相流計(jì)算模型64-67
• 3.5.1 氣固和液固兩相流計(jì)算模型64-65
• 3.5.2 氣液兩相流計(jì)算模型65-67
• 3.5.3 氣液兩相界面張力67
• 3.5.4 氣液固多相流計(jì)算方法67
• 3.6 本章小結(jié)67-69
• 第4章 天然氣集輸管道彎頭沖蝕磨損數(shù)值計(jì)算方法69-98
• 4.1 數(shù)值計(jì)算求解過(guò)程69-70
• 4.2 有限體積法70-74
• 4.2.1 計(jì)算區(qū)域離散70-71
• 4.2.2 控制方程離散71-72
• 4.2.3 時(shí)間離散72-73
• 4.2.4 邊界條件73-74
• 4.3 計(jì)算區(qū)域的插值74-82
• 4.3.1 空間插值74-77
• 4.3.2 梯度與散度的插值77-79
• 4.3.3 壓力項(xiàng)插值79-82
• 4.4 多相流模型數(shù)值計(jì)算方法82-86
• 4.4.1 氣固兩相流數(shù)值計(jì)算方法(DPM模型)82-84
• 4.4.2 氣液兩相流數(shù)值計(jì)算方法(VOF模型)84-86
• 4.5 Fluent的二次開(kāi)發(fā)86-89
• 4.5.1 UDF概述86-87
• 4.5.2 網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)87
• 4.5.3 數(shù)據(jù)類(lèi)型87-88
• 4.5.4 DIFINE_DPM_EROSION函數(shù)88-89
• 4.6 彎頭結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成方法與網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢查89-95
• 4.6.1 彎頭結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成方法89-93
• 4.6.2 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢查93-95
• 4.7 求解器的確定95-97
• 4.8 本章小結(jié)97-98
• 第5章 天然氣集管道彎頭氣固兩相沖蝕磨損模擬98-146
• 5.1 物性參數(shù)98
• 5.2 邊界條件的確定98-99
• 5.3 模型求解99-100
• 5.4 模擬結(jié)果分析100-122
• 5.4.1 模擬結(jié)果合理性判斷100
• 5.4.2 連續(xù)相流場(chǎng)特征100-103
• 5.4.3 單個(gè)顆粒運(yùn)動(dòng)及磨損特征103-111
• 5.4.4 彎頭磨損區(qū)域特征111-116
• 5.4.5 彎頭最大磨損速率圓心角與平行截面|z|值116-122
• 5.5 模擬結(jié)果討論122-142
• 5.5.1 影響彎頭磨損速率的主要因素122-135
• 5.5.2 影響最大磨損速率圓心角的因素135-142
• 5.6 磨損速率雙方程模型與Tulsa方程模型的比較142-144
• 5.7 本章小結(jié)144-146
• 第6章 含水條件下天然氣集輸管道彎頭沖蝕磨損模擬146-155
• 6.1 物性參數(shù)146
• 6.2 邊界條件的確定146-148
• 6.2.1 入口網(wǎng)格的分隔146-147
• 6.2.2 邊界條件的設(shè)置147-148
• 6.3 模型求解148-149
• 6.4 模擬結(jié)果分析149-154
• 6.4.1 模擬結(jié)果合理性判斷149
• 6.4.2 連續(xù)相流場(chǎng)特征149-153
• 6.4.3 彎頭磨損分布特征153-154
• 6.5 本章小結(jié)154-155
• 第7章 結(jié)論與建議155-157
• 7.1 結(jié)論155-156
• 7.2 建議156-157
• 致謝157-158
• 參考文獻(xiàn)158-163
• 附錄1 彎頭網(wǎng)格模型加密方案表163-170
• 附錄2 不同影響因素彎頭沖蝕磨損速率云圖170-191
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果191

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：846961