弯管处液固两相流体流场数值模拟研究.pdf

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1、第45卷第1期化工技术与开发Vo1．45No．12016年1月Technology&DevelopmentofChemicalIndustryJan．2016弯管处液固两相流体流场数值模拟研究周三平，艾轮(西安石油大学，陕西西安710065)摘要：运用Fluent中的DPM模型对含有少量颗粒的流体进入弯管处引起的冲蚀进行了数值模拟，分析流体流速和沙比对弯管处冲蚀的影响。结果表明，弯管处外侧是冲蚀速率最大的的地方，且最大冲蚀速率随进口流体速率和沙比的增大而增大。进口直管段和出口直管段冲蚀较小且较为均匀，出

2、口段略大于进口段，流速和沙比对这两段的影响很，J、。关键词：弯管；冲蚀；数值模拟；两相流中图分类号：TQ018文献标识码：A文章编号：1671—9905(2016)01．0039-03冲蚀磨损是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类磨损现象，在过程工业中广泛存在，是设备和管道破坏的重要原因之一lJ。弯管由于其结构的特殊性，更是冲蚀破坏的重灾区[21，越来越受到国内外学者的广泛关注。对弯管冲蚀的研究也是方兴未艾，概括起来基本集中在两个方向。一是通过理论解析和试验研究的方法对弯管弯曲的机理进行

3、研究[3-1o1，另一个是通过数值模拟的方法对弯管质量缺陷进行研究并改进工艺[11-131。图1弯管网格图本文利用计算流体力学数值的模拟软件连续性方程和动量守恒方程，分别如式(1)、(2)所Fluent，研究了120。弯管在不同流速和不同沙比(流体中颗粒的百分数)时对冲蚀的影响。示。鲁+毒(=(1)1几何模型及网格划分茜()+毒()=一告+鬻+pgi+(2)模型中采用的弯管直径为20mm，弯管角度为120。，曲率半径30mm。为了克服入口端面效应的其中，r为流体密度，P是静压，是应力张量，影响，进口段直

4、管长度取为管径的5倍即100mm，g和分别为f方向上的重力体积力和外部体积力考虑到弯管后颗粒的流动情况比较复杂，取管径的(这里是颗粒相互作用产生的升力)。在此，不考虑1O倍即200mm。弯管模型网格划分采用的是扫掠重力和外部体积力的影响。的方法，节点数185717，单元数176100，生成结构性2．2多相流模型网格如图1所示。在此，假设流体中沙石的体积分率为10％，由2数值模拟采用的方法以及数学模型于体积分率较低，考虑颗粒一颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响等较弱，因此可以采2．1流体流动模

5、型用离散项模型(DPMo该模型主要考虑流体曳力、升力、湍流脉动等作用对颗粒轨迹的影响，能够较为弯管内流体流动不可避免地要遵循流体流动的作者简介：周三平，西安石油大学教授，研究方向：化工过程机械收稿日期：2015—11-29第1期周三平等：弯管处液固两相流体流场数值模拟研究41影响很大，且沙比越大，弯管处外侧冲蚀速率越大。1．8E．07参考文献：王~【1】张少峰，曹会敏，刘燕，等．弯管中液固两相流及壁面碰撞磨损的数值模拟[J]．河北工业大学学报，2008，鲁■37(31：48—54．[2】阎超，宋淑娟，等

6、．计算流体力学方法及应用【M】．北京：斛航空航天大学出版社，2006：15．33．基6．0E．O8量[3]张德良，赵向东，等．计算流体力学教程[M】．北京：高3-0E-08等教育出版社，2010：180．238．【4】黄卫星，李建明，肖泽仪，等．工程流体力学【M】．北京：O．OE+00化学工业出版社，2008：187．209．0369l2l5[5】E．JohnFennimore，JosephB．Frangipani．流体力学及其工沙比图5不同沙比时的弯管最大冲蚀速率程应用[M]．钱翼稷，译．北京：机械工

7、业出版社，2005：10．88．分析还可以发现，不同的速度和沙比，人口直管【6】江春波，张永良，丁则平，等．计算流体力学【M】．北京：段的冲蚀速率都比较小且均匀。出口直管段冲蚀速中国电力出版社，2007：100．120．率比入口直管段大一些，离开弯管处一段距离以后，【7】姚军，陈丽华，樊建人，等．一种气固两相流中弯管抗冲蚀也变得比较均匀，但是冲蚀速率要比人口直管磨方法的数值试验研究[J]．中国电机工程学报，2002，段要大。22(5)：134—138．【8】林建忠，吴法理，余钊圣．一种减轻固粒对壁面冲蚀

8、磨4结论损的新方法[J】．摩擦学学报，2003，23(3)：231．235．[9]AllenceBalla．Areviewoftheperformanceofengineering1)在不同的速度和不同的沙比下，人口直管段materialsunderprevalenttribologicalandwearsituationsin和出口直管段的冲蚀都比较均匀，且出口直管段的SouthAfricaindustries[J]．TriboInter