基于Flowmaster的输水管道泄漏仿真模拟

输水管道泄漏事故时有发生,快速、准确地判断泄漏位置及泄漏量一直是研究的热点。运用Flowmaster仿真软件对输水管道泄漏过程进行模拟,研究了管内流体的瞬变特性,分析了有、无泄漏时,不同阀门关闭时间、泄漏孔大小、泄漏位置等参数对管道瞬变流动规律的影响。结果表明:入口流量以及阀门末端处压力受阀门关闭时间的影响较小;随着泄漏孔径的增大,上游流量和压力曲线的衰减速度逐渐加快,且峰值处二次突变幅值增大;泄漏位置受阀门距离的影响较大,距离越近,压力信号的幅值下降越迅速,衰减速度也会逐渐加快。该仿真结果可为瞬变流泄漏检测提供理论指导。     

超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统流动特性的研究

采用耦合流动计算和共轭传热的数值方法研究了1 000 MW超超临界汽轮机高压缸内部旁路冷却系统内的流场特性,给出了旁路冷却系统内三维流动细节和温度与压力场的分布规律,并与未考虑内、外缸传热作用的纯流动计算结果进行了比较.结果表明:旁路冷却系统中流动形态主要受系统结构和蒸汽自身流动特性的影响;温度场分布不仅受蒸汽流动形态的影响,还取决于高压缸固体域对流体域的传热作用.研究结论验证了,耦合流动传热数值方法能够更加真实地反映旁路冷却系统内温度场的分布.     

管道系统泄漏检测的瞬变水击压力波法

管道系统的泄漏影响着瞬变水击波波形的畸变和衰减特性,比较研究了两种阀门关闭激励速度对管道泄漏瞬变检测精度的影响.在此基础上,基于阀门部分快速关闭,提出管道系统泄漏检测的瞬变水击压力波法,即利用第一个瞬变压力波波形上的间断点时刻定位泄漏位置,间断点衰减幅值辨识泄漏量,并通过不计算管道内部计算断面的特征线法理论推导出了泄漏量参数与该衰减幅值之间的关系式.给出了该方法的检测步骤,并对该法进行了数值验证.仿真结果表明该方法简单、有效.     

温度比对叶片内冷通道对流传热影响的数值研究

为了提高涡轮叶片内冷通道流动传热计算精度,首先讨论了大温差下空气物性不同计算方法间的差异,并通过与管内常用传热经验关系式结果的对比,研究了不同定性温度取值方法和湍流模型对数值模拟结果的影响。在此基础上侧重研究了大温差对光滑圆形内冷通道内的流动传热的影响,温度比变化范围0.5～0.9,通道Re数范围20 000～60 000,得到了传热Nu数和温度修正因子随温度比与Re数的变化数据和拟合关系式。结果表明采用截面平均流体温度定义传热系数和采用Realizable k-ε湍流模型可使局部和平均传热系数与Gnielinski公式结果符合良好。大温差对通道传热的影响显著,Nu数最大降幅可达30%。计算显示温度修正因子随温度比的减小而减小,随Re数的增大而减小。     

叶顶形状对动叶顶部流动和传热的影响研究

应用数值方法和标准k-ω湍流模型,研究了燃气轮机轴流透平不同叶顶密封方式对透平动叶顶部间隙内流动与传热的影响.计算叶型采用GE-E3发动机高压透平第一级动叶片,考虑了4种不同的叶顶密封方式.详细分析了不同叶顶密封时叶项的流动结构和传热分布.研究了旋转对动叶顶部流动和传热的影响,并与静止的平面叶栅中获得的结果进行了对比.结果表明:不同叶顶密封方式对叶顶间隙泄漏流场影响很大;双侧肩壁密封具有最好的密封性能,而压力面肩壁密封性能最差;采用吸力面肩壁密封获得了最低的叶顶传热系数,压力面侧肩壁密封的叶顶传热系数则最高;相对于静止叶栅,旋转改变了叶顶泄漏流动结构,增加了叶顶的传热系数.     

正常工况和泄漏工况下的管内天然气流动研究

依据物体运动普遍适用的守恒定律,建立了天然气流动基本控制方程.针对天然气管道正常工况,利用特征线法推导了基本控制方程对应的差分方程,给出正常工况瞬态下的天然气管道沿线压力和流量的计算方法.并且根据天然气流动的运动方程和能量方程,给出了正常工况稳态下的天然气管道沿线压力和温度分布;针对天然气管道泄漏工况,同样利用特征线法推导出相应的差分方程,给出泄漏工况瞬态下的天然气管道沿线压力和流量的计算方法.并且推导研究了在泄漏工况稳态下天然气管道泄漏量的计算方法.     

基于Fluent的天然气管道泄漏传质传热研究

天然气管道泄漏事故时有发生,严重威胁天然气的安全输送。建立了天然气在土壤中流动的传质传热模型,利用计算机仿真软件Fluent对传质传热模型迭代求解。研究表明:天然气在土壤中流动会引起土壤温度场的变化,且温度场具有一定规律。泄漏方向热传导变化梯度较大;泄漏点附近区域温度梯度较大,距离泄漏点较远处温度趋于平稳;接近泄漏点的局部区域受到泄漏气体的显著影响,温度在水平方向和垂直方向上变化都较大,呈现下降趋势;离泄漏点较远区域,水平方向温度变化较小,趋于稳定,垂直方向温度变化较大,随着地层深度的增加温度呈自然下降趋势,泄漏气体对土壤温度的影响很小。此规律可以为天然气泄漏检测提供指导。     

半埋热油管道传热研究

受飓风、暴雨、泥石流等恶劣天气的影响,埋地管道可能局部处于半掩埋状态。目前半埋管道传热计算多采用“线性插值”模型。建立了半埋热油管道的流（空气水）—管—土耦合传热机理模型,并利用数值模拟手段对不同条件下管道的传热特性进行了研究。结果表明,管道的总传热系数、出口温度和土壤蓄热量与管道的相对埋入面积呈明显的非线性关系;线性模型与机理模型的计算结果在趋势与数值方面均具有较大偏差;管道刚好完全掩埋时与完全不掩埋时相比,总传热系数出口温度的差异较大,且管径越大,差异越显著;当环境流体的温度较低时,管道出口温度对相对埋入面积更敏感。     

季节性冻土区给水管道周围温度场与埋深的数值模拟及分析

本文针对季节性冻土地区地下直埋给水管道运行过程中出现的工程问题,在分析环境温度季节性周期变化等因素对管道传热影响的基础上建立给水管道传热数学模型,采用数值方法计算季节性温度变换影响下管道周围的温度场,并和该地区运用探针法所得数据作对比分析,结果表明:计算与实测温度值之间的平均绝对误差为0.49℃,最大绝对误差是1.10℃,所建模型正确,符合实际情况,精确度较高;利用上述模型计算不同埋深处管道周围温度场分布,并绘制温度等值线图,对等值线图的特征分析,结果表明:实例中给水管道埋深可以减小到1.5 m。本文研究方法可以为管道传热的研究和实际工程中管道埋深计算提供参考。     

水平管降膜蒸发器管内汽液两相流动与传热效果的数值分析

水平管降膜蒸发过程流动和传热现象复杂多变,传热过程的观测较困难,为了解蒸发器结构和运行参数对传热效果的影响,建立计算模型,通过计算机程序对水平管内汽液两相流动和传热进行耦合计算.数值计算结果表明,蒸发温度、管径、传热管内外传热温差对传热管内汽液两相流动和传热有较大的影响.对计算结果的分析为蒸发器的热力性能研究和结构设计提供理论参考.     

热网汽水换热站动态模拟

为提高换热站的热效率,以青岛热力公司恩波热力站为对象,建立了基于传递函数的汽水换热站仿真模型。对通过调节蒸汽进汽阀门来控制供水温度的现有运行方式和通过调节疏水阀门控制供水温度的新运行方式进行了仿真分析。结果表明:在获得相同供水温度的前提下,新的运行方式可以提高蒸汽的利用率;在仿真实验条件下,换热器的热效率由95.49%提高到了96.13%,效率由34.7%提高到了35.9%。     

基于动态模拟的化工管路泄漏故障诊断

提出了一种基于模型的化工管路泄漏故障诊断方法。利用动态模拟来监测管路流动过程,并在流量发生异常时及时进行故障诊断。诊断过程通过动态模型的在线参数估计完成,在实现模型校正的同时可以预测流动过程的变化趋势并判断是否存在故障。流动模型基于质量衡算和机械能衡算构建,并采用递归结构实现复杂管网的模拟。文中分析了简单管路和复杂管路应用实例,并讨论了对诊断结果起重要作用的影响因素。     

气液两相流管道泄漏流场特性数值模拟分析

气液两相流管道声波泄漏检测技术在研究过程遇到流动参数无法准确测量难题,不能充分了解泄漏声源特性,阻碍了声波泄漏检测技术的发展.基于多相流体流动过程中声场和流场是密不可分的,且两者之间相互作用、相互影响.为补充实验研究和理论分析不足,利用ANSYS软件,建立了简化的管道泄漏几何模型,采用Fluent动网格技术和自定义函数编程实现气液两相流管道泄漏开启过程和完成的流场模拟.通过对比分析泄漏流场各参数变化分析得到泄漏声源特性,与理论相验证.进一步分析分层流、波浪流、段塞流三种流型下泄漏过程流场参数变化,得到各流型泄漏开启过程的声场变化,深入探讨气液两相流管道泄漏声源产生机理,为声波检测技术提供理论支持.     

大落差原油管道投产排水过程研究

针对最大相对高差达1 432.64 m且含大落差“U”型管段的某原油管线在油顶水投产过程中，原油与水的密度差导致油头行进停滞的问题，提出了在油水界面点附近的阀室，利用压力泄放阀排水泄压的解决方式，基于OLGA多相流瞬态模拟方法，以实际情况为例，对大落差管段的气顶水排水过程进行仿真研究。以泄流孔径为变量，重点研究了流量、压力随时间的变化规律，得到一系列可选泄流孔径及其相应的排水量、流量、压力等随时间变化的关系曲线等。结果表明，选定管段（容量约为6 376.98 m³）最大排水量可达3 375 m³，并从经济、安全、有效3个方面分析选出最佳泄流孔径为90～110 mm，与实际情况基本吻合，为解决投产过程中出现类似的异常工况提供实施依据。     

机场跑道循环热流体法融雪除冰数值模拟

为实现机场跑道快速融雪除冰,保障机场航班的正常运转,基于COMSOL固体传热与管道传热模块对地埋管地源热泵系统进行了模拟研究.设计了4种埋管形式,从管道埋深、埋管排布形式、循环流体流速以及入口水温对供热系统进行了优化分析,提出用于表征换热均匀性的参数温度偏移系数,并将建筑垃圾引入钻孔回填材料,分析了钻孔回填材料对换热系...     

黄原胶在热管生物反应器中传热数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法,研究了多种因素对黄原胶水溶液在传统反应器与热管生物反应器中传质与传热状况的影响,通过数值模拟得到了反应器中流动场、温度场和全釜死区分布.结果显示:经典最大叶片式桨及改进最大叶片式桨都具有"双循环"流型结构,在釜内形成了良好的主体循环流动,有利于改善反应器内的传质与传热,验证了热管的使用没有对反应器中的流动场造成严重的影响;而温度场的比较则表明:热管的使用明显提高了反应器的传热性能,使反应器中的整体温度有明显下降.     

板式脉动热管内气液两相流流型演化及传热分析

基于VOF方法建立了板式脉动热管内气液两相流动和相变传热的三维非稳态数学模型,并进行了数值求解.研究了该型热管内气液两相流流型演化和相变传热特性,比较了不同加热功率条件下热管内的流型和温度分布.研究结果表明:该板式脉动热管在运行过程中出现的主要流型有泡状流、柱塞流、环状流;当加热功率为100和120 W时,启动工况下热...     

海底埋地管道启输计算模型的建立

目前的海底埋地输油管道启输计算模型没有具体分析海水本身自然对流换热对管道启输的影响,启输计算模型能否应用于海底埋地输油管道启输计算需要实际投产来验证.因此急需研究海底输油管道预热计算模型满足海上油田开发的需求.对海底埋地输油管道进行了传热分析,建立了海底埋地输油管道三维物理模型,分析了海水本身自然对流换热对管道启输的影响情况.通过处理物理模型将管道启输传热模型简化为一维圆环传热模型,并进行了模拟计算和试验验证.模拟计算和实验研究对比表明:①当海水底流流速小于1.5m/s时,在此区域内海水自然对流换热对海底输油管道传热影响可以忽略不计.②海底输油管道正常矩形散热区域转换为圆环区域后其散热量基本不变,可见海底输油管道转化为一维模型是可行的.③在验证稳定状态沿程温降的过程中,发现各个测温点的绝对误差不超过0.1℃,说明该启输计算方法具有很高的置信度.     

压力管道裂纹泄漏计算流体力学计算方法

针对压力管道裂纹泄漏的CFD（计算流体力学,Computational Fluid Dynamics）计算问题,提出了一种可考虑流体压降相变过程的CFD裂纹泄漏计算方法。在理论分析和数值模拟方法研究基础上,建立矩形窄缝裂纹模型,实现了裂纹泄漏过程的瞬态模拟,并进行了计算结果的验证和分析。结果表明,泄漏流体的流动特性符合相变泄漏过程的物理规律,计算结果与试验结果符合性良好,平均误差在15%以内;单位面积泄漏率随裂纹张开位移的增加而增加,随流体过冷度的增加呈现增幅趋缓的增加。所提出的计算方法和分析结果可为压力管道裂纹泄漏率研究提供直接的技术参考。     

埋地管道泄漏三维大地温度场仿真分析

考虑管道泄漏后渗流场与温度场耦合,建立了埋地管道泄漏前后的三维大地温度场的物理模型及数学模型,给出了合理的热力学及流体力学边界条件.采用FLUENT软件进行埋地管道泄漏前三维稳态温度场的数值模拟,在此基础上进行了埋地管道发生点泄漏的三维瞬态温度场的数值模拟.研究结果表明:埋地管道泄漏,大地温度场变化非常明显,泄漏点附近形成相当大的泄漏热影响区,该特征为光纤光栅温度传感技术及热红外技术检测埋地管道泄漏提供了理论依据.