突扩管流动形态的数值模拟

针对油品在管道中运输时常常遇到边界突然扩大的流动状态。分别建立突扩管的物理模型、数学模型,并应用软件模拟不同雷诺数、不同突扩比下的管内流体的流动形态,得出了不同雷诺数下轴向压力的变化趋势以及局部水头损失随突扩比的影响规律。结果可以很好地反映突扩管流的基本特征。对于石油生产中常见的此类问题的研究具有重要的意义和作用。     

平面突扩管瞬态流动的有限元模拟

用有限元方法对不可压缩粘性流体在平面突扩管流中的瞬态流动进行数值模拟，给出了不同突扩比、不同时刻、不同雷诺数下，平面突扩管流物流线图谱和速度矢量图，对于分析突然扩大管流及其它复杂管道处涡旋的形成及能量损失的产生具有一定的参考价值。     

基于CFD的管道流动局部水头损失系数的数值计算

本文利用FLUENT软件对几种常见模型管道在k-ε湍流情况下的流场、压力场进行了数值模拟,并根据数值模拟结果对突扩管的局部水头损失系数进行了修正。结果表明:对于突扩管在同一雷诺数下,随着管径比值(前程管径与后程管径之比D1/D2)的不断增大,局部水头损失及损失系数均减小;而随雷诺数的增大,突扩管流场中的局部水头损失系数逐渐增大。     

幂律流体突扩管道湍流流动的研究

考虑幂律流体的本构关系,结合流动指数的影响,建立了适用于幂律流体的N-S动量方程和湍流模型方程;采用SIMPLE算法,对不同流动指数的幂律流体突扩管道湍流流动进行了数值计算,计算结果和实验数据吻合较好,对计算结果进行分析后发现,对于不同流动指数的幂律流体,其湍流变化趋势不同,从而揭示了流动指数对幂律流体突扩管道湍流流动有重要影响。     

一种低雷诺数有回流区的流场的数值计算

本文利用改进的SIMPLER方法求解二维N-S原始方程,并以突扩管道在突扩附近的流场为例进行了数值模拟,计算了雷诺数分别为180和500的两种流动,与用其它方法计算的结果对比,表明本文所采取的方法是可行的。     

基于拉格朗日模型的CO2气固两相圆管内突扩流动沉积特性分析

CO2在通过安全阀的排放过程中,形成的固体CO2在安全阀下游管道突扩处沉积,导致管路的堵塞和冻结,危害被保护系统的安全.为了寻求减少固体CO2在安全阀下游管道突扩处的沉积量和进一步避免管道堵塞的方法,利用拉格朗日模型对CO2气固两相紊流在突扩管内的流动和沉积特性进行计算,通过比较沉积率计算值与实验值,验证了计算结果的合理性;利用该模型分析了各种流动参数对流动和沉积特性的影响.结果表明,通过安全阀开启排放过程中生成的固体颗粒直径尽可能远离颗粒回流量的峰值区域(即颗粒直径0.04~0.07 mm,St数为3.2~9.8的区域),可以降低固体CO2的沉积量,从而避免管道的堵塞和冻结.具体可以通过设计适当的安全阀开启时最小流通截面面积做到.     

压裂管柱内突扩两相湍流数值模拟

采用标准k-ε模型,对不同施工排量情况下,压裂管柱内突扩两相湍流进行数值模拟,得到了流线分布、速度分布和砂比分布.模拟结果表明,在压裂管柱内突扩结构处形成了分离流旋涡,并使管壁处砂的浓度增加,流体和局部富集的砂对管壁形成了一定角度的冲刷、磨损作用.随着施工排量的增加,冲刷部位逐渐下移,现场压裂施工后管柱冲刷磨损部位与数值模拟结果基本一致.     

环状流在球阀开启过程的变化状况研究

环状流在阀门中流动结构变化研究对石油水环运输稳定性具有重要意义.采用VOF模型与CSF模型进行油水环状流在球阀内的流动模拟,并进行了实验验证,模拟结果与实验结果一致.比较不同阀门开度对后续管道中环状流油水体积分数的影响,结果表明,球阀的开度越小,阀后管道内油相容易被高速水流切割成小颗粒,不利于后续石油运输.进一步比较了油水环状流与石油单相流通过阀门的压力损失,得到油水环状流输送石油的效率提升效果.     

二维平面流动的定解问题研究

从定常二维平面流动的流函数涡量型N-S方程出发,从理论上推导出一种不同于通常提法的二维平面流动的定解提法.为解决此类流动的多解性问题奠定了理论基础.同时,讨论了明渠突扩流动和圆管突扩流动中存在的不止一个对称解问题,并就此问题未被重视的原因进行了初步分析.     

催化剂颗粒在弯道与渐扩管组合管系内的运动分布特征

采用数值模拟方法对弯道与渐扩管相连的管道内气固两相流运动分布特性进行研究.主要分析弯道和渐扩段气相流场分布特征及气相回流卷吸作用下颗粒运动分布特性,研究沿出口水平管段二次流结构发展变化及其对颗粒分布及沉降的影响.针对不同入口速度下,水平管内气流速度、截面平均二次流速度和颗粒质量浓度分布规律进行研究分析.研究结果表明:沿弯道后的水平管道,二次流速度很快下降;二次流对颗粒的卷吸搬运作用,降低颗粒在管道截面的局部聚集浓度;当入口气流速度为4 m/s或更小时,水平管内上升二次流速度较小,颗粒沉降现象明显;当速度增大到6 m/s,水平管截面颗粒质量浓度分布较均匀.     

EPANETH在有水塔管网平差中的应用

从管网平差的定义和在供水管网系统设计中的重要性出发,指出了采用哈代．克罗斯法的弊端和EPANETH在管网平差中的算法及适用范围．选取了1个有清水池和水塔的给水管网的例子,在软件上直接建立管网模型,从管段、节点信息输入及处理方面入手,阐述了如何应用EPANETH来计算有水塔管网情况．结果用管段流量．节点压力图、管段流速一节点需水量图、节点总水头．管段流量图等表现,并详细说明了管段直径设计原则和做法;详细校核了水塔转输工况和自由水压情况,通过分析得出根据最高时确定的管径,不能满足转输时进入水塔流量的结论;最后通过反复调整个别管段管径,达到了要求,各节点的自由水压均满足要求;指出了软件使用时的一些注意事项．     

排气三通管道分散流流动特性的数值模拟及分析

为减小排气T型三通管道中的局部压力损失,利用FLUENT软件对其分散流动特性进行数值模拟,分析支管与总管流通截面积比、夹角、质量流量比及流体温度对管道总压损失系数的影响规律。结果表明:总管流速和气体温度对总压损失系数影响不大,支管与总管质量流量比却对总压损失系数影响显著;分支管与总管夹角、分支管与总管流通截面比对总管-通支管总压损失系数的影响不明显,但对总管-分支管总压损失系数的影响显著。通过数值模拟和分析建议T型三通管推荐结构为分支管与总管夹角α=45°,分支管与总管流通截面比A3/A1的适宜范围为0.8~1。数值模拟结果与前人研究及试验结果比对,趋势一致,计算精度较高,可为类似汽车排气分流技术开发提供依据。     

泡沫流体管流流动与换热数值模拟

基于质量、动量和能量守恒方程,建立泡沫流体在圆管内流动与换热的物理模型和数学模型,并利用FLUENT软件进行模拟,得到不同雷诺数下圆管内的压力损失、管道横截面上的速度分布和表观黏度分布,同时回归了不同雷诺数下的摩阻系数和努塞尔数经验关系式.结果表明:管内压力沿管程不断降低,且流速越大压降越大;管内温度沿管程不断升高,且流速越小温升越大;管道横截面上的速度、温度分布不均匀,越接近管壁速度越小,温度越高.     

垂直管不同黏度下油气水三相流压降规律研究

为研究垂直管不同粘度油气水三相流压降变化规律以及建立新的三相流压降预测计算方法,依托于中石油气举试验基地多相流试验室,对垂直上升管道中不同粘度油相下的油气水三相流动进行模拟。在固定油水比条件下,通过调整不同油相粘度、气液比、气液流量等参数进行油气水三相流试验,研究油相粘度对油气水三相管流压降变化影响规律。利用CFD软件参考试验工况模拟油气水三相流动,确定在不同粘度条件下气液两相分布情况,通过CFD软件模拟确定油水两相在充分混合后可视为单一非牛顿流体混合相。基于CFD模型结果,将三相流看作油水混合相与气相的两相流动,考虑粘度对摩阻系数的影响,根据非牛顿流体剪切特性建立了新的摩阻系数计算方法,基于M-B模型重新建立了新的压力计算方法。对比试验数据与计算结果,发现压降计算模型误差范围在15%内,满足工程实际需求,说明压降模型具有实用性。     

集中供热空调管网水力工况计算机模拟软件的开发与应用

运用图论理论与管网内水流流动的流量平衡定律、回路压力平衡定律和阻力定律建立了集中供热空调管网水力工况电算的数学模型，给出了使用斯考德一恒斯雷试算迭代法求解管网中各管段流量的算法原理，说明了在解算过程中如何进行独立回路的选择、水泵性能曲线的拟合、热压值的计算和管道阻力特征数的计算等问题．使用目前流行的Visual Basic6．0语言为开发工具，在Windows XP平台下开发了界面友好、操作简单实用、功能强大的集中供热空调管网水力工况计算机模拟分析软件，推广应用前景良好．     

布袋除尘系统内煤气流运动的数值模拟

采用Fluent软件模拟高炉布袋除尘系统中煤气主管道及箱体内的速度场和流场。数值计算结果表明,随着煤气在主管道中的深入,其速度总体上呈减小趋势;距离煤气主管入口越远,箱体煤气流量越大,但管道直径发生变化处,箱体煤气流量会发生突变;主管入口煤气总流量和密度对进入各个箱体的煤气流量分布影响不大,而主管道直径则对煤气在各个箱体的分布规律影响较大。     

低浓度多相流管道冲蚀磨损数值模拟

液固多相流冲蚀磨损会严重影响管道的使用寿命。以某输油管线设计为研究对象,运用Fluent软件中的Mixture-DPM双向耦合模型研究低浓度颗粒的油水多相流管道流场变化,分析集输管线整体冲蚀速率分布,得到了不同管件冲蚀磨损较严重的区域。为了进一步研究冲蚀磨损的影响因素,选取3种不同的入口流速及原油含水率进行综合对比分析,结果表明：不同管件的冲蚀磨损区域各不相同;90°弯管磨损区域主要集中在外拱壁面,三通管磨损区域主要位于下支管右壁面,渐缩管磨损区域主要位于喉部区域及出口处,盲三通在盲端1/3处形成小型旋涡,且磨损区域主要位于盲端与下支管相贯线区域以及下支管右壁面处;冲蚀速率随入口流速的增加呈指数型增长,指数系数为1.89;随原油含水率增加,冲蚀速率呈倒"U"形变化,当含水率为20%时,冲蚀速率达到最大值。     

离心泵全三维流场的大涡数值模拟

通过使用FLUENT软件的大涡模拟模型及多重参考坐标系，计算单级蜗壳式离心泵包括导入管、叶轮及泵壳在内的全三维湍流场．发现泵叶轮内各通道的流量、流速及压力等分布有显著差别，流动呈现明显的非对称性，泵内流动旋涡一般出现在叶轮叶片工作面上．文中还将泵性能的预测值与实测值作了对比，验证了计算结果的有效性．     

直缝焊管自动超声探伤系统设计

针对直缝焊管生产中传统应用手工探伤效率低、故障率高等问题,利用超声无损探伤精度高、速度快的优点,构建以可编程控制器(PLC)为核心的直缝焊管自动超声探伤系统.提出该系统的工艺参数和系统机械构成,设计系统的PLC控制硬件、PLC程序流程及PLC控制程序.系统的操作监控硬件选用台达触摸屏,给出基于Windows系统触摸屏编程软件设计的人机操作监控画面.运行结果显示:该系统结构稳定、可靠.