输气管道球型调节阀内气固两相流场的数值模拟

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:gwwpw8775
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调节阀广泛应用于工业生产,起到控制流动,保护管路和设备正常运行,满足工程系统需要的作用。调节阀设计或选用不合理,会使产品质量下降,能耗增加,特别是流体介质中若含沙,会加剧阀的冲蚀。开采出的天然气,由于工作环境和自身性质原因,常混有固体杂质。虽然天然气输送前要经过净化达到规定的指标,但输气管道中的沙粒仍在一定条件下存在,事实证明,其破坏性需要引起广泛关注。 冲刷磨蚀是一个很复杂的过程,影响因素众多,概括来说包括环境、颗粒和材料三个方面。携沙天然气进入调节阀后,受到节流降压作用,阀内流场发生变化。阀芯的阻挡,使流体在阀内生成若干旋涡,影响湍流分布。阀内部的几何特征和流动特性造成冲蚀磨损集中,增加了局部范围的冲蚀率,加快了调节阀的损坏。 针对输气管道调节阀的冲蚀问题,及由此引起泄露爆管的实际危害,以自贡飞球全焊式球阀的API系列CIASS600型球阀为例,围绕携沙天然气在阀内的流动展开气固两相流冲蚀机理和数值模拟研究。本论文采用CFD方法,通过Gambit软件建立阀门内部流场模型、生成计算网硌,应用Fluent软件离散求解,数值模拟计算调节阀流道内三维流动的详细情况,可得到调节阀内部流场的可视化图形,如压力、速度等矢量图。通过数值模拟不同开度、不同流速和不同颗粒大小情况下阀内的流场,分析讨论冲蚀角、流动速度、颗粒大小三个主要因素对调节阀受携沙天然气冲蚀的影响规律。 CFD数值模拟的优势尤其表现在新产品的研制开发中,它不但能大幅度取代常规实验提供各种流动特性参数,而且能通过揭示流场三维分布形态为优化设计提供详细依据。本论文采用的CFD方法将大大提高调节阀设计的技术含量与产品质量,可缩短调节阀的设计和加工周期,节省大量成本,并且通过流道优化,对降低流体流过调节阀的能量损失,提高能源利用率等具有十分重要的意义。
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