三通换向阀阀内泥浆冲蚀磨损数值模拟研究

针对泥水盾构机接管系统中三通换向阀阀芯及管道易受泥浆冲蚀磨损问题,应用计算流体动力学中DPM(Discrete Phase Model)模型对阀芯缩径弯管与等径弯管进行对比分析。研究结果表明:泥浆流经等径弯管时对管壁造成的冲蚀磨损程度比流经缩径弯管时的冲蚀磨损程度严重;缩径弯管中凸台可以起到有效的扰流作用,消耗泥浆流体具有的动能,有利于减缓泥浆对弯管外壁面的冲蚀磨损;泥浆流经不同变直径管道时,对管壁造成的冲蚀磨损程度不同;其中泥浆从缩径弯管流向等径弯管处的冲蚀磨损率小于从等径弯管流向缩径弯管处的冲蚀磨损率。     

煤液化多相流输送弯管冲蚀磨损数值研究

针对煤液化中液-固两相流输送过程造成管道系统的冲蚀磨损失效问题,以90°圆形截面弯管结构为研究对象,采用标准k-ε湍流模型、颗粒轨道模型和冲蚀磨损模型,对弯管内的流动特性和壁面磨损率进行数值计算。研究表明,靠近弯管背部的流场速度高于腹部,粒子向背部聚集,导致背部的冲蚀磨损较其它部位更为严重。因此,实际管道系统中的弯管背部应为定点测厚重点监测区域。     

水平弯管盐泥流动磨损仿真分析

盐泥为工业制盐流程中卤水净化工艺后产物，盐泥随意排放不仅污染环境，也会对资源造成极大浪费，需对盐泥进行无害化资源化处理。盐泥为固液两相流流体，对盐泥的无害化资源化处理需要管路的输送，为了探究盐泥在弯管中流动时对管道的冲蚀磨损速率，利用Fluent仿真软件对其进行分析。选用RNG k-?湍流模型和DPM模型，盐泥对弯管的冲蚀模型和颗粒碰撞恢复模型采用E/CRC冲蚀磨损模型和Grant and Tabaoff壁面碰撞恢复函数，考虑液固两相之间的耦合，对盐泥在水平弯管中的流动进行研究。研究结果表明：盐泥对水平弯管弯头压力分布场呈现为外侧压力大、内侧压力小，而速度分布场则与压力场恰好相反。盐泥颗粒与弯管内壁发生首次碰撞的部位在弯头外侧的出口段，一些颗粒还会发生多次碰撞。弯管内壁存在冲蚀磨损弯，弯头外侧磨损速率显著大于弯头内侧，而且磨损最严重的部位发生在弯头出口20°附近。     

喷砂射孔压裂工具弯曲段多相流动冲蚀模拟研究

目前,水力喷砂射孔压裂应用日益广泛,相关设备在含固相颗粒多相流动环境下部分区域冲蚀作用明显,严重影响后续施工效果。弯曲管件作为地面设备的重要组成部分,相关学者将研究重点放在了液固两相冲蚀磨损机理上,而气(氮气)-液-固三相流动条件下的冲蚀研究较少。基于此,以一定尺寸的弯管为研究对象,采用数值模拟方法分析了弯管内部气-液-固三相共存情况下管壁的冲蚀磨损情况,得到了三相流动条件下内管壁的冲蚀磨损规律。     

平板折弯节能型扰流子对弯管压力降影响的数值模拟

高速流体流过弯管时,在弯管内侧面出现分离流和二次流现象,导致流体能量损失。为了降低由于流体碰撞管壁造成的能量损失,以直径300mm的管道为研究对象,设计了一种安装在弯管前端的异形扰流子,以期减小弯管处压力损失。运用计算流体力学软件FLUENT,采用RNG k-ε模型和SIMPLE算法求解不可压缩Navier-Stokes方程,在5种雷诺数下对加装不同结构参数扰流子的弯管进行全流场数值计算,分析扰流子叶片转角、叶片长度和扰流子安装距离对弯管进出口压力降的影响。结果表明:在不同雷诺数情况下,未加装扰流子弯管数值模拟结果与理论计算结果基本一致;扰流子叶片转角α和长度L均对弯管压力影响显著,能够有效降低弯管进出口压力损失。     

非稳定流输送管道的耦合振动

以Timoshenko梁模型为基础,通过连续方程和动量方程建立了非稳定流输送管道的耦合振动非线性偏微分方程组,这些偏微分方程通过管壁-液体接触面的力平衡、法向速度协调方程以及流体质量守恒和动量守恒而完全耦合。耦合包括管道与液体之间的摩擦耦合、系统轴向振动与横向振动之间的耦合、管道径向与轴向的Poisson耦合。以该模型为基础分别得到了一次简化模型和用于预测输液管道流固互动现象的扩展水锤4-方程模型。分别采用一次简化模型和4-方程模型对一实验进行仿真,并与实验结果进行了比较,表明一次简化模型的仿真结果比4-方程模型更能反映耦合的影响。     

充填输送管道冲蚀磨损分析

为研究高体积分数固-液两相流对输送管道的冲蚀磨损程度,采用计算流体力学（CFD）和固液两相流理论,建立冲蚀磨损及流场模型,采用欧拉模型中的稠密离散相模型（DDPM）,利用Ansys中的流体动力学模块,对输送管道中的颗粒流场特性和颗粒对管道的冲蚀磨损进行分析。结果表明,入口速度较低时冲蚀主要集中在水平管靠近出口附近,随着入口速度的增加,冲蚀区域逐渐移到弯管附近,且管道的最大冲蚀量有降低的趋势;冲蚀率的大小既与冲蚀速度有关,也与颗粒体积分数有关,当两者符合一定关系时,冲蚀率达到最大。     

煤化工严苛工况阀门多相流冲蚀磨损-气蚀机理及预测方法研究

正本文以煤化工严苛工况阀门内多相流冲蚀磨损-气蚀失效为研究对象,明确了复杂流动条件下阀内件的失效机理及损伤过程,并建立含气液相变的多相流冲蚀磨损-气蚀预测方法。通过工艺过程、运行状态分析、受损表面微观形貌测试,基本明确了热高分液控阀和高压黑水角阀的失效机理;通过阀门空化-空蚀试验和高温冲蚀磨损试验,研究阀门气蚀和冲蚀磨损机理,并对空化模型和颗粒冲蚀磨损模型进行修正;构建了含气液相变的多相流冲蚀磨损-气蚀数学模型,并提出阀内流动     

一维流固耦合振动问题的解析解

有流体流动的管道的振动，是典型的一维流固耦合振动，由于解析求解一维流固耦合振动方程存在困难，这里对这一问题提出简化模型，即将有流体流动的管道简化为移动载荷作用下的简支梁，通过求解原方程的固有特性和简化模型的响应曲线，来分析原问题的振动特性。     

飞机废水管路流固耦合动力学仿真分析

以某型民机废水管路系统为研究背景,采用有限元法仿真分析管道在周期脉动流作用下的单双向流固耦合动力学特性及气液两相流作用下的动力学响应,并作卡箍位置布局优化。结果表明,流固耦合作用使得管道固有模态频率降低;相较于单向耦合,双向耦合时流体的突载对管道冲击更大,流体阻滞作用能降低管道振动幅值;两相流作用下,通过在弯管附近布置卡箍能降低管道的振动,卡箍布局优化后监测点处Y向位移及加速度峰值分别降低约84%和85%,管道最大应力减小近51%。     

超(超)临界疏水阀开阀水锤及管道振动

针对超(超)临界疏水阀开阀水锤及阀后管道振动问题,运用充液管道振动分析的流固耦合理论及特征线法,建立开阀水锤及管道振动的数学模型,求解得到疏水阀在不同流量特性及不同套筒层数下阀开启时水锤压力、流体流速、管道轴向内力和管道振速的时域曲线。研究结果表明:水锤压力取决于流体的流速与压力相互作用,管道内力受水锤压力影响较大,局部受管道振速影响;额定流量恒定时,线性流量特性下水锤峰值压力明显小于快开特性,流速大于等百分比特性,超(超)临界疏水阀宜选用线性流量特性;随着套筒层数增加,水锤压力峰值和管道轴向内力峰值减小,但开阀初始阶段流速波动和管道振动增加。     

空间Z形管路液-固两相流冲蚀特性分析

空间Z形管路是油气开采过程典型的结构形式,在工程作业中受到高压高速液-固两相流的作用,容易导致管路系统产生冲蚀磨损失效。基于液-固两相流冲蚀磨损理论,选取合适的冲蚀磨损理论模型,讨论了流速、颗粒直径、质量流量、黏度以及重力等不同流体参数对管路系统弯头处的冲蚀磨损情况。结果表明:管路弯头处的冲蚀区域受内流场的影响存在明显差异,出口端弯头处的最大冲蚀率大于进口端弯管端。流速、颗粒直径、质量流量与整体管路最大冲蚀率呈正相关关系,黏度与整体管路最大冲蚀率呈负相关关系。分析了不同工况下空间Z形管路的冲蚀特性,获得了流体参数对管路冲蚀的影响规律,为工程实际复杂管路系统冲蚀磨损寿命预测提供技术参考。     

考虑载荷模拟作用的高压弯头冲蚀数值仿真

在水力压裂过程中,地面高压管汇在管内复杂固液两相流冲击和管体恶劣载荷的耦合作用下,弯头、三通及接头等薄弱部件长期遭受严重的冲蚀磨损,极易导致管件发生断裂破坏,对现场人员及设备构成严重威胁。开展载荷作用下的高压管汇典型材料冲蚀磨损试验,根据试验结果,基于E/CRC冲蚀模型构建一种考虑应力状态影响的新型冲蚀数学模型,所构建的新模型与冲蚀试验数据之间的准确度可达95%以上。采用计算流体力学离散相模型（CFD-DPM）,开展高压管汇件冲蚀性能的三维数值模拟,考察高压弯头在不同压裂工况下的冲蚀磨损程度及空间分布情况。结果表明：在固液两相流冲击下,主要冲蚀区位于靠近弯头出口处的弯头外侧,且管件的最大冲蚀率也位于该处;在弯头内侧二次流涡流的影响下,部分颗粒在流经弯头后会在下游直管内侧积聚,从而在这个区域造成次要冲蚀区;随着流动颗粒斯托克斯系数增加,主要冲蚀区面积增大,次要冲蚀区面积减小;此外,在嵌入新型冲蚀数学模型后,可观察到随着操作压力增大,高压管汇弯头部位的冲蚀磨损率明显增加。     

阀门流固耦合的研究进展

流固耦合现象是指流体与固体相互作用的现象,其具体表现为流体作用于固体,使之变形或位移,同时固体反作用于流体,引起流场的变化.在阀门中,当流固耦合现象达到一定程度时,会对阀门及与阀门相连的多种部件产生损伤,并最终导致阀门工作效率下降乃至失效.为更全面地认识阀门中的流固耦合现象,本文从流固耦合理论、试验方法和数值模拟3方面...     

基于双环电阻传感器的管道内壁腐蚀监测技术研究

为实现管道内壁腐蚀的全周向在线监测并提高测量精度,在传统电阻法的基础上提出一种基于双环电阻探针的腐蚀监测方法。双环电阻探针解决了由于几何限制和管道内外壁温差所带来的测量误差。通过对双环探针进行多象限分区,求解各分区的电阻比值,实现了管道全方位的在线腐蚀监测。通过双环探针可以同时实现对管道内外壁的温差计算与实时监测,为湿蒸汽管道冷凝液膜的形成起到预报作用。基于以上研究基础,在实验室X65模拟管路中,分别布置四象限分区双环电阻传感器、传统丝状电阻传感器和高精度热电偶对管道的腐蚀和内外壁温差进行实时监测。试验结果表明：基于新型双环探针的管道内壁腐蚀监测方法,可以完成管道内外壁温差和局部分区腐蚀状态的在线监测,并在腐蚀深度和腐蚀速率的测量上比传统丝状电阻探针具有更高的监测精度。     

煤制氢激冷气装置三通磨损数值模拟

采用标准k-ε湍流模型、颗粒随机轨道模型（DPM）和冲蚀磨损模型,对气固两相流冲蚀条件下的煤制氢三通及下游管道的壁面磨损率和管内速度特性进行了数值计算。计算数据表明,支管与主管转角处以及主管下游两侧是易磨损位置,流动磨损失效案例的解剖分析验证了数值预测的准确性。研究可为含固多相流管道磨损预测与优化设计提供参考。     

Fluid, solid and fluid-structure interaction simulations on patient-based abdominal aortic aneurysm models

This article describes the use of fluid, solid and fluid-structure interaction simulations on three patient-based abdominal aortic aneurysm geometries. All simulations were carried out using OpenFOAM, which uses the finite volume method to solve both fluid and solid equations. Initially a fluid-only simulation was carried out on a single patient-based geometry and results from this simulation were compared with experimental results. There was good qualitative and quantitative agreement between the experimental and numerical results, suggesting that OpenFOAM is capable of predicting the main features of unsteady flow through a complex patient-based abdominal aortic aneurysm geometry. The intraluminal thrombus and arterial wall were then included, and solid stress and fluid-structure interaction simulations were performed on this, and two other patient-based abdominal aortic aneurysm geometries. It was found that the solid stress simulations resulted in an under-estimation of the maximum stress by up to 5.9% when compared with the fluid-structure interaction simulations. In the fluid-structure interaction simulations, flow induced pressure within the aneurysm was found to be up to 4.8% higher than the value of peak systolic pressure imposed in the solid stress simulations, which is likely to be the cause of the variation in the stress results. In comparing the results from the initial fluid-only simulation with results from the fluid-structure interaction simulation on the same patient, it was found that wall shear stress values varied by up to 35% between the two simulation methods. It was concluded that solid stress simulations are adequate to predict the maximum stress in an aneurysm wall, while fluid-structure interaction simulations should be performed if accurate prediction of the fluid wall shear stress is necessary. Therefore, the decision to perform fluid-structure interaction simulations should be based on the particular variables of interest in a given study.     

基于Fluent的煤粉燃烧器风管流场数值模拟与分析

利用Fluent软件对煤风管道内气-固两相流进行模拟仿真,通过观察固体颗粒运动轨迹,对管道内冲蚀磨损进行研究分析。利用RNG k-ε湍流模型和拉格朗日离散相模型对燃烧器煤风管道内煤粉颗粒-空气两相流场进行耦合数值模拟,对比分析了输煤管在不同角度α时的流场特性和颗粒运动轨迹,发现当α≤15°时,管道壁面冲蚀磨损率有所降低;管道中除了存在冲蚀磨损,同时还伴随有摩擦磨损。通过对计算结果的分析和讨论,发现燃烧器设计的不合理因素,对煤粉燃烧器结构改进和相关参数优化有一定指导意义。     

基于CFD数值模拟的异面三通管冲蚀磨损规律研究*

针对管道在输送过程中,由流体中固态颗粒产生的冲蚀磨损导致的失效问题,通过CFD-DPM模型开展关于不同流速、颗粒直径、含砂体积比和异面管夹角对异面三通冲蚀磨损性能影响的分析。结果表明：三管交汇处的弯面是管道主要发生冲蚀磨损的位置,水平两管弯头上侧管壁处是受损最为严重的部位;在流速2~10 m/s、含砂体积比1%~9%、异面管夹角90°~150°、颗粒直径0.1~0.5 mm时,管道的最大冲蚀率随着流速增大呈指数型增长,冲蚀面积明显扩张;低流速下,含砂体积比对最大冲蚀率影响较弱,高流速下,最大冲蚀率与含砂体积比呈线性正相关;异面管夹角的增大降低了管道对固体颗粒的流动约束性,其冲蚀率呈线性减小;最大冲蚀率随颗粒直径的增大整体呈现平缓上升的趋势,大颗粒产生的冲蚀破坏相比小颗粒更为集中一些。