带汇管的天然气管路对流量计量性能的影响研究

天然气准确计量直接影响开发、运行、配给和用户等各方的经济利益,而管路结构是影响天然气流量计量准确性的主要因素。以带汇管的天然气管路为研究对象,采用数值模拟和实验测量的方法,分别对汇管采用不同的进出口方式以及是否在其下游加装板式整流器的各种管路结构内的流场进行研究,结果表明,汇管进出口错开且无整流器的管路结构在汇管下游恢复到充分发展的湍流断面需要的长度最长,而汇管进出口相对且有整流器的管路结构则在整流器下游恢复到充分发展的湍流断面需要的长度最短。对管路结构对天然气流场影响规律的研究可直接指导天然气管路结构设计及流量计选择合理的安装位置。     

底流泄洪雾化对下游环境影响预测

根据底流消能泄流雾化的机理,应用量纲分析方法,得到水雾雾源量的计算关系式;在雾源为连续线源和任意风向的条件下,利用高斯扩散方程,研究了水雾在峡谷内的扩散规律;结合雾雨自动转换过程、碰并过程、雾滴的凝结和蒸发过程,得到雾源下游流场水雾浓度、温度、相对湿度和降水强度的分布;预测了某水电站底流消能雾化对下游环境的影响。     

埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对天然气管道不同损伤过程中的泄漏扩散问题,利用FLUENT软件,建立CFD仿真模型,研究了泄漏口大小对天然气泄漏扩散范围的影响。以山区与城镇交界处的天然气埋地管道为例,考虑风速随高度的变化和关闭阀门后泄漏率随时间的变化,对天然气泄漏扩散进行数值模拟,编写导入FLUENT的UDF程序并对风速和泄漏率进行了修正。实例计算结果表明,扩散范围随着泄漏口的增大而变大,在泄漏口直径为6.35、25.40mm和101.60mm时,天然气爆炸下限距地面高度分别可达92、122m和408m,天然气爆炸下限下风向距泄漏口的水平距离分别可达322、770m和1 291m;由于天然气受管道上层土壤的影响而损失大量湍能,因此泄漏气体在地表和土壤中扩散时,泄漏气体在地表的扩散范围大于在土壤中的扩散范围,其中泄漏口直径为101.60mm时扩散范围最大,天然气爆炸下限下风向距泄漏口的水平距离在地表和土壤中最大分别可达80m和105m。     

障碍物对管道天然气泄漏扩散影响的数值模拟

基于Fluent软件的物质传输与反应模块建立了管道天然气泄漏扩散的模型,提出了研究障碍物影响管道天然气泄漏扩散的数值模拟方法.通过实际勘查,建立了简化的二维几何计算模型.通过模拟分析并对比管道天然气泄漏扩散区域有、无障碍物时的计算模拟结果(包括天然气在计算区域内的含量、速度等分布),得出了障碍物对天然气泄漏扩散的影响规律.模拟结果可以为控制天然气泄漏扩散事故提供一定参考.     

基于ALOHA和多元回归预测的地面天然气管道泄漏扩散模型研究

为提高地面天然气管道泄漏扩散范围预测的精度,基于事故后果模拟分析和多元回归预测方法建立地面天然气泄漏扩散范围预测模型,以北京市某地面天然气管道泄漏事故为研究对象,结果表明:通过事故后果模拟分析得出,风速、大气稳定度、管道压力和泄漏口直径为扩散范围的关键影响因素,即为预测模型的自变量因素;通过多元回归预测和MATLAB软件建立的地面天然气管道泄漏扩散范围预测模型,其最大误差为5.48%。本文所建预测模型对天然气泄漏扩散范围的预测有一定的实际应用价值,可为地面天然气管道泄漏事故应急救援工作提供指导。     

扩散器结构与喉管长度对喷射泵性能的影响

为了改进喷射泵性能,采用等速度或等压力变化方法设计喷射泵的扩散器,利用正交试验设计方法设计喷射泵的喉管长度、扩散器角度和型线等3种参数,每种参数取3种水平并考虑交互作用,得到27种组合．数值模拟得到每种结构组合下喷射泵的性能,并进行流场分析,研究结构参数对内部流场的影响．方差分析表明,结构参数间交互作用对喷射泵性能具有显著影响,在喷射泵的设计中应予以重视;和传统锥形扩散器相比,等速度或等压力变化扩散器均能产生较为均匀的速度和压力梯度,能获得较好的性能并显著缩短喷射泵的长度;喉管和扩散器的最优组合为:喉管长度为其直径的6倍,扩散器型线选择锥形,扩散角取8°     

复杂流场的二维数值模拟方法

提出了基于二维数学模型对溢洪道下游三维复杂运动流场进行模拟计算的一种新方法.通过对泄洪建筑物下游河道复杂流场水流运动及河床冲刷状况的分析,研究了自由面流消能区水流扩散方式、流动特征及相关水力要素的概化确定.根据主流下回流区和表层水股之间质量交换很小的特点,提出了把底部回流区域作为河道无实际过流部分,即修正河流下边界条件,对溢洪道挑坎下游复杂流场进行二维数值模拟的方法.利用上述方法对某工程实例进行了数值模拟计算,计算结果与实际流场状况比较一致,较为真实地反映了自由面流区的流动.     

虾米腰弯管内置导流板优化

为研究虾米腰弯管内流场分布,改善管内流场均匀性,采用Realizable k-ε模型对加装导流板前后的弯管内湍流二次流动进行三维数值模拟研究。结果表明：虾米腰弯管内未布置导流板时,在流体转弯后水平直管段出现较大范围的低速区,同时出现回流现象,气流分布极不均匀且阻力损失较大。布置导流板后,能有效改善弯管内流体的流动特性并降低系统能量损失。分析不同数量、不同结构、不同布置方式的导流板对弯管内流场均匀性、进出口压降的影响,提出虾米腰弯管内导流板最优布置方式为：导流板的数量为3块、中心角为60°、导流板均靠后布置。     

虾米腰弯管内置导流板优化

为研究虾米腰弯管内流场分布,改善管内流场均匀性,采用Realizable k-ε模型对加装导流板前后的弯管内湍流二次流动进行三维数值模拟研究。结果表明：虾米腰弯管内未布置导流板时,在流体转弯后水平直管段出现较大范围的低速区,同时出现回流现象,气流分布极不均匀且阻力损失较大。布置导流板后,能有效改善弯管内流体的流动特性并降低系统能量损失。分析不同数量、不同结构、不同布置方式的导流板对弯管内流场均匀性、进出口压降的影响,提出虾米腰弯管内导流板最优布置方式为：导流板的数量为3块、中心角为60°、导流板均靠后布置。     

堵塞条件下棒束通道的流场与阻力特性

棒束通道结构复杂、流道狭窄,堵流事故下燃料可能丧失冷却并迅速升温,威胁其完整性,因此有必要对堵塞情况下棒束通道内的流场与压降特性开展研究。本文针对3×3棒束通道不同堵塞率条件下的流动问题,采用PIV测量及压降测量技术,获得了堵塞件下游的速度场分布及沿程和局部阻力系数的变化规律。结果表明:堵塞件下游3倍水力直径内存在涡流与回流现象,在堵塞件下游10倍水力直径下游堵塞件的影响基本消失;堵塞件的局部阻力系数在层流区下降较快,过渡区趋于平缓。涡的影响范围随堵塞物下游湍流程度的增大而减小,层流区雷诺数变化对堵塞物下游流态影响较大,进入过渡区这一影响逐渐减小。     

管输过程中天然气水合物沉降规律计算研究

天然气水合物具有气含率高、污染低、储量大等优点,具有良好的发展前景,因此对天然气水合物进行研究很有必要。以海底输送管道为研究背景,在多相流模型的基础上,建立了基于有限体积法的天然气水合物气-固两相流问题的数学模型,并进行了数值计算与分析,得出了直径差(管径与通流直径之差)与距管道入口距离之间的关系。设定管道入口流速和管径规格为定值,通过直径差分析了管道中水合物的堆积位置。计算结果表明,在其他条件不变的情况下,随着距管道入口距离的增加,直径差的变化规律符合Gauss曲线函数,并对此进行了拟合,得到了Gauss函数方程,利用此方程在给定管道位置的情况下能计算直径差。最后,通过改变管径大小进行了模拟和分析,得知Gauss函数方程也适用于不同管径的管道,可为预测水合物在管道中的堆积位置以及提高天然气水合物输送效率提供理论依据。     

天然气热值调控中掺混效果数值模拟研究

为了研究天然气热值调控过程的掺混效果,通过建立不同热值天然气掺混管路模型和划分网格,并基于ANSYS Fluent 16.0仿真软件对支管掺混和汇管掺混进行数值模拟研究。基于天然气掺混后管路内的速度场和组分场分布特点对天然气掺混后的效果进行对比分析。此外,通过了对天然气掺混后不同管径位置处掺混气体各组分百分比分析,并进行天然气掺混效果评价。结果表明:对于单管掺混流动,在掺混处拐角易发生低速滞流区域,掺混的效果不如汇管。对于单管掺混流动,在距离掺混中心位置15 D=3000mm处,掺混相对充分,各气体组分达到相对均匀状态,但在下游随着流动的发展,掺混仍在进行。对于汇管掺混流动,由于汇管的存在,改变了流体流动的方向,加剧了天然气流动的掺混,掺混效果较好。在汇管的出口,即支管的入口处,各气体组分已经达到相对均匀状态。     

管输天然气输配波动问题与影响因素研究

针对高压管输天然气在阀门启闭瞬间产生的水力波动、不稳定流动等现象,以湖北某天然气门站为例,在已知天然气管网等相关设备参数的基础上,探究考证此现象对天然气管网安全的影响。一方面,通过力学方程对产生水力波动的天然气控制体进行受力分析,推导求解出最大的水力扰动压强约为0. 093 MPa;另一方面,利用模拟软件RealPipe-Gas对水力波动过程进行仿真模拟,确定扰动压强大致为0. 06～0. 09 MPa。采用控制变量法,模拟不同变量工况下流量、管网压力、管径对波动大小的影响,分析水力波动对系统造成的影响,并给出了减轻波动的相应措施。     

输气管线副管与变径管设计技术经济分析：最低费用法

在输气管线设计中,为了调整压缩机站之间的距离和增加管线的输量,常需要在管线中敷设一定长度的副管或变径管。本文从投资最省的角度出发,论述了输气管线中所需副管与变径管的投资与其直径之间的变化关系,建立了相应的数学模型。然后根据数学模型,给出了计算输气管线中所需副管与变径管最优技术参数(直径,壁厚和长度)的计算公式和方法。     

内燃机换气系统弯曲管道稳态、瞬态流动的研究

为了提高换气系统流动性能，采用数值计算方法，对内燃机换气系统弯曲管道稳态、瞬态流场进行了研究，模拟计算采用三维、可压、粘性、湍流模型，通过研究发现，弯曲管道曲的流动是典型的三维流动，在管道中出现明显的二次流，使流体显螺旋式前进；管道不稳定流动经一很短时间，便可达到稳定；管道速度发生变化瞬间，入口处产生－高压波，该波沿管道长度方向传播，本文计算结果可作为换气系统管道简化计算和接口边界简化处理的理论依据。     

基于有限元分析的PE燃气管道有固定墩的跨越段应力分析

研究有固定墩的聚乙烯燃气跨越管道力学性能,对城镇燃气管网的安全运行具有重要意义。基于有限元分析理论,建立了两端设有固定墩的聚乙烯跨越管道仿真模型,运用工程分析软件ANSYS对聚乙烯燃气管道进行模拟,分析并讨论了跨长、管径以及内压等因素对管道变形和应力的影响及其变化规律。研究结果表明,管道跨中挠度在跨长低于15m 时增加缓慢,但是当跨度大于15m 时,管道的跨中挠度会急剧增加;管道所受的应力随着管道跨度的增加而增加,但是增长相对平稳;管径对管道的跨中挠度和应力也有影响,管道的跨中挠度和应力均随着管径的增大而减小;管道内压对管道的跨中挠度影响较小,几乎没有变化,但是管道所受应力随着管道内压的增大而增大。     

油基体系下天然气水合物浆液流动实验研究

在多相流管输体系下,水合物浆液在流动过程中会遇到崎岖不平的地形地貌,此时采用倾斜管道显得尤为重要。因此,研究了天然气水合物浆液在倾斜管内的流动特性对堵塞管路的影响。在低温高压可视水合物实验环路上,开展了油基体系下油＋天然气的水合物堵管实验,探究了初始压力、初始流量等因素对天然气水合物浆液流动和堵管时间的影响。同时,利用实时在线颗粒测试仪,对水合物生成、流动及堵管过程中水合物颗粒的微观变化进行了分析。结果表明,随着初始压力增大,天然气水合物的诱导时间、生成时间和浆液流动时间均缩短,天然气水合物堵管趋势增大;随着初始流量增大,天然气水合物的诱导时间、生成时间和浆液流动时间均延长,天然气水合物堵管趋势减小。对水合物生成至堵管的过程以及堵塞机理进行了分析。对油基体系下天然气水合物堵塞管路的研究结果表明,在油基体系下可以通过减小初始压力、增大初始流量来有效地减小天然气水合物堵塞管路的概率。研究结果可为维持和保证天然气水合物在管道中的安全流动提供理论参考及依据。     

煤矿井下瓦斯抽采PVC管道爆炸原因分析及预防

针对煤矿瓦斯抽采PVC管道静电引起的瓦斯爆炸事故,分析了PVC管道中静电产生和静电放电的原因,提出了预防PVC管道中静电灾害的技术。由于瓦斯在PVC抽放管路中流动时产生静电并在管道内壁产生静电积聚,所以在PVC管路和铁质流量计连接处,因两者导电能力不同,致使PVC管路产生静电,恰巧这时的瓦斯浓度达到爆炸范围,静电放电火花点燃瓦斯,造成瓦斯在管道内发生爆炸。为此,采用降低瓦斯在管道中的流速,抑制静电的产生;在输气管道的法兰接头、PVC管两端、阀门等连接处应用金属线跨接,防止静电放电;在气流输送系统的管道中央,顺其走向加设两端接地的金属线,以降低管内静电电位等方法,为矿井瓦斯抽采PVC管道防治静电灾害提供理论依据。     

直管内流体特性的数值模拟

管道是人类日常生活中最经济的输水工具,但常发生管道泄漏和管道破裂等问题,这不但需要大量的维修费用,而且影响水质。因此,对输水管道系统进行研究具有重要意义。采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）的方法,从流速分布、入口长度和压头损失等方面分析了直管的流动特性。结果表明,流体流动会经过入口区和充分发育区。在入口区域,管道长度上的压降是非线性的,其流体的特性不是稳定的,所以为了得到精确的结果,对流动特性变化的测量从充分发育的区域开始。此外,98次模拟试验结果表明,管径越大,压头损失越小。由于压头损耗低,管道泄漏和破裂的可能性较小。因此,大口径管道的应用更加经济可靠。