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输气管道中节流阀冲蚀数值模拟_论文


第3 2 卷第 9 期 ( 2 0 1 3 . 0 9 )( 试验 研 究)   输气管道中节流阀冲蚀数值模拟  梁光川 ’   聂畅  刘奇 ’   赵剑  陈晓春  1西 南 石油 大学 石油 工程 学 院 2 青 岛泰 能燃 气集 团有 限公 司  摘要 :在输气管线 中,不可避免会含 有一些 固体 杂质颗粒,且输气管道 中气体流速快 ,高   速 的 气体携 带 固体 颗 粒对 管 壁 不 断 冲击 ,更 易造 成 管道 的冲蚀 。特 别是 在 节 流 阀处 , 由于 阀 口   流通 截 面积 减 小 ,速度 、压 力 和 固体 颗 粒 的 流动轨 迹 发 生改 变 ,常 产 生较 严 重 的 冲蚀 现 象 。通  过F L UE N T 软件 ,从流体 力学的角度进行数值模拟分析 ,采用有限体积法建立数学模型 ,对输  气 管线 中节流 阀的 冲蚀 现 象进 行 了数 值模 拟研 究 ,验 证 了节 流 阀 中较 易发 生 冲蚀 的 部 位 。对 节  流 阀在 不 同条 件 下 的 平均 冲蚀 速 率进 行 分析 得 出 :节 流 阀的 平均 冲蚀 速 率 随 流体 进 口速 度 、压  力 、颗 粒 直径 、颗 粒含 量 的增加 而 增 大。   关键 词 :输 气管 线 ;节 流 阀 ;冲蚀 ;数值 模拟  d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 6 — 6 8 9 6 . 2 0 1 3 . 9 . 0 2 2   冲蚀 是 指流体 或 固体 粒 子 以一定 的速度 和角 度  对材 料 表 面 进行 冲击 所 造 成 材料 表 面 流 失 的现 象 。   f 为时问 ( S ) ;   (   1 , 2 , 3 ) 为 三个 方 向 ; G   为平  均 速 度梯 度 引起 的湍 动 能 ( N / ( m   ? S ) ) ; G  为 浮 力  在输气过程中,不可避免会含有一些 固体杂质 ,且  影 响 引起 的 湍动 能 ( N / ( m   ? S ) ) ;   为可 压缩 湍 流  输气管道 中气体流速快 ,高速 的气体携带固体颗粒  脉 动 膨 胀 对 总 的 耗 散 率 的 影 响 ( k g / ( m? S 。 ) );   2   对 管壁 不 断 冲击 ,比其 他 管 道更 易 造 成 冲蚀 现 象 。   =  +  ,,   , =l 0   ;口   、   为 湍 动 能 和 耗  特别 是在 节流 阀处 , 由于阀 L I 流 通截 面积 减小 ,速  源 项 ,代  度 、压力 和 固体颗 粒 的 流动轨 迹 发生 改 变 ,常常 是  散 率 的有 效 普 朗特 数 的倒 数 ; R 为  Ⅱ 表平 均应 变率 对 e 的影 响 ; C 】   : 1 . 4 2 ;C  = 1 . 6 8 。   发生 冲蚀 较严 重 的部位 u  。   基 于 流体 动 力学 的基 本理 论 ,利 用 F L U E N T软  件 对输 气 管线 中节 流 阀 的冲蚀 现象 进行 了数值 模 拟  研 究 ,验 证 了节流 阀 中较 易发 生 冲蚀 的部 位 ,分 析  了人 g l 速度 、入 口压力 、颗粒 质量 流量 及 颗粒 直 径  在壁 面监 视颗 粒 的冲蚀 情况 ,冲蚀速 率定 义 为  R   …。  =   :  …   —= p —l   — 丁 —  一 m p C ( 4) f ( a )

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