基于FLUENT的飞机输油管道气液两相流冲洗研究.pdf
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1、科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科技创新导报2022 NO.30 Science and Technology Innovation Herald航 空 航 天 科 学 技 术基于FLUENT的飞机输油管道气液两相流冲洗研究夏洪涛 韦欢洲 苏泽世 刘学文*(上海工程技术大学机械与汽车工程学院 上海 201600)摘要:针对输油管道杂质冲洗的问题,根据现场的工况,利用FLUENT数值模拟软件建立相应的理论模型,再将模型应用到输油管道的气液两相流冲洗规律研究中。得到的数值模拟结果表明:在油气比和气进口速度不变的情况下,随着油进口速度的增
2、大,直管的壁面应力逐渐增加,喷射源即杂质颗粒喷出位置的速度也逐渐增大。通过对输油管道冲洗规律的研究,可以在直管管道运行过程中采取相应的措施进行预防,降低了油品下降的风险,也延长了输油管道的使用寿命。关键词:输油管道 气液两相流 数值模拟计算 管道冲洗中图分类号:V228.1文献标识码:A文章编号:1674-098X(2022)10(c)-0067-04Study on Gas-Liquid Two-Phase Flow Flushing of Aircraft Oil Pipeline Based on FLUENTXIA Hongtao WEI Huanzhou SU Zeshi LIU X
3、uewen*(School of Mechanical and Automotive Engineering,Shanghai University of Engineering Science,Shanghai,201600 China)Abstract:In view of the problem of impurity flushing in oil pipelines,the FLUENT numerical simulation software was used to establish the corresponding theoretical model according t
4、o the field working conditions,and then the model was applied to the study of gas-liquid two-phase flow flushing law in oil pipelines.The numerical simulation results show:With the constant oil gas ratio and gas inlet velocity,as the oil inlet velocity increases,the wall stress of the straight pipe
5、gradually increases,and the velocity of the injection source,that is the position where the impurity particles are ejected,also gradually increases.Through the study on the flushing rules of oil pipelines,corresponding measures can be taken to prevent the decline of oil products and prolong the serv
6、ice life of oil pipelines.Key Words:Oil pipeline;Gas-liquid two-phase flow;Numerical simulation calculation;Pipe flushing含固体颗粒的多相流动现象在石油化工、核能、航空航天、采矿冶金等诸多工业过程中广泛存在,例如,在输油管道运行中就存在着含固体颗粒的多相流动现象,而输油管道设备经常发生因颗粒杂质而产生的堵DOI:10.16660/ki.1674-098X.2204-5640-8705基金项目:2021 年上海工程技术大学校级大学生创新训练项目:输油管线冲洗的多相流研究(项目编
7、号:CX2101021)。作者简介:夏洪涛(2000),男,本科在读,研究方向为车辆工程专业。通信作者简介:刘学文(1978),男,博士,高级工程师,研究方向为力学信息学、重大工程问题的CAE软件开发与应用,E-mail:。67科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald航 空 航 天 科 学 技 术塞。在管道运行前期,管道中泥沙颗粒导致故障占很大一部分1。飞机输油管道是关系到飞机油品安全的重要设备,为了飞行安全,必须对飞机输油管道
8、进行严格检测和监测2。开启预过滤器与过滤分离器进行检查清洗时,发现内部有较多的固体杂质,通过检验和分析,这些经过输油管道末端过滤器过滤出的固体杂质成分有铁锈、焊渣、泥沙等3,若不及时清理,极易造成管道管壁穿孔,引起油品泄漏4。因此,需要对输油管线进行冲洗,去除杂质。RACP A等采用了流量修正传输的方法对气体和液体管道中清管器运动进行了数值模拟,但没有考虑到气体和液体的混合比问题5。WU X等在天然气管道空中穿越清管过程动态响应中只考虑了单相冲洗,而并未涉及多相流冲洗6。钟强通过数值模拟的方法研究了流体对管道的冲刷作用,考虑了入射角度、流体的速度等因素对冲洗的影响7。张赫铭等采用标准k-湍流模
9、型,研究了三通管中壁面切应力的分布,讨论了流体力学因素对冲洗的影响8。由此可见,国内外学者都对管道冲洗展开过研究。本次,我们将采用数值模拟结合理论分析的方法对输油管线的多相流冲洗展开研究。1 数值模拟分析1.1 理论模型管道冲洗时,流动为湍流且为不可压缩流动。对单相流冲洗时,设置为稳定流;对多相流冲洗时,设置为瞬态流动。入口边界条件选为压力入口,出口为压力出口边界条件9。对多相流冲洗时,对于入口相的设置,根据油气不同配比进行设置。以计算流体动力学理论为基础,进行一定的假设后,通过求解连续性方程、动量方程和能量方程等微分方程,再结合给出的初始条件和边界条件,运用计算机和其它的特定软件,对微分方程
10、进行空间和时间的离散,并进行一定数量的迭代计算,最终来逼近一个近似解10,这就涉及到控制方程的选择。以下分别是流体力学中的连续方程、动量平衡方程的微分方程形式。1.1.1 连续性方程t+()ujxj=0(1)1.1.2 动量平衡方程t(ui)+xj(ujui)=xj(uixj)-pxi+xj(ujxi)-23xi(ujxj)+gi-Fi(2)本次模拟实验将选择标准k-方程来进行数值模拟,k指单位质量流量的湍流脉动动能,其定义如下11:k=12(-u2+-2+-w2)(3)是指脉动动能的耗散率,通过引入,可以把湍流粘性系数t和k联系起来12:t=ck2(4)1.2 管道冲洗模拟1.2.1 计算模
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