输气管道站场调压阀噪声的产生机理

针对输气管道分输站场存在的噪声超标问题,以忠武线武汉东站调压阀噪声为研究对象,利用气体动力学原理对噪声产生的过程进行分析,采用流体动力学模拟技术对噪声源内部流场进行模拟.通过理论分析和流场模拟,得到调压阀噪声产生的机理为机械振动噪声和流体动力学噪声,其中前者为调压阀的主要噪声.研究得到噪声与调压阀开度的关系：在一定的开度范围内,噪声值随着开度的增大而增大.研究结果可为输气管道站场的降噪技术研究提供指导.     

速度控制清管器泄流孔流场仿真

为了研究速度控制清管器泄流孔结构及尺寸对清管器运行时泄流孔处流场特性的影响,以端板型速度控制清管器为例,利用Fluent流体分析软件建立了4种等面积的速度控制清管器泄流孔模型,并对模型泄流孔处的流场特性进行了仿真分析,结果表明:在等泄流孔面积下,不同结构的泄流孔处气体流速基本一致,但气体流经泄流孔后最大湍流动能值相差较大。通过建模证明:将有限数量小面积泄流孔等效为一个大面积泄流孔预测泄流孔处气体流速的方法是可行的。与圆形、三角形泄流孔结构相比,泄流孔为正方形结构时,其泄流能力较好,气体流经泄流孔后的湍流动能也最小。利用仿真结果设计了速度控制清管器用泄流孔结构,工业应用表明:该模型能够很好地预测速度控制清管器的运行速度,且相对误差最大不超过5.3%。研究结果可为端板型速度控制清管器泄流孔的设计提供理论依据。     

中低压天然气管道弯头处泄漏流场和声场模拟仿真

城市天然气中低压管道弯头处一旦遭受破坏,后果严重,修复过程复杂。为了更好地对城市管道进行泄漏监测、定位、维护,开展了中低压管道弯头处泄漏流场和声场的研究。将弯头简化成弯管,采用软件联合模拟仿真,使用ICEM软件进行结构网格划分,在Fluent软件中进行流场分析,将脉动数据导入Virtual.Lab Acoustics软件进行泄漏管道的声学分析。建立弯管孔泄漏试验台,将模拟结果与试验结果进行对比,结果表明:泄漏孔处气体流动复杂,流向多变;泄漏声波能量主要集中在10 Hz以下,声压级随管道压力的升高而升高;声源主要是喷流区域的四极子声源和泄漏孔壁的偶极子声源。研究结果可为城市天然气管道发展和安全运行提供参考。     

离心式压缩机及管道噪声测试与降噪方法

为解决压气站离心式压缩机管道内噪声过大的问题,将噪声测量、频谱分析及振动测量3种方式相结合,确定压缩机及其管道的噪声水平、噪声源。以某离心式压缩机组为研究对象,通过噪声测量,发现离心式压缩机阀门前后声压级最高,可达100 dB;通过频谱分析发现,当振动频率分别为90 Hz、1 000～1 400 Hz时,离心式压缩机管道处噪声的声压级最高;通过对压缩机管道不同位置进行振动测量,发现当振动频率为90 Hz、1 250 Hz时,电压存在峰值,其中90 Hz对应的噪声为压缩机加工过程中形心与质心不重合引起的激振所产生,而1 250 Hz对应的噪声则由压缩机出口、气体流经阀门处所产生的气流激振所产生。通过CFD方法计算了流体流经阀门所产生的噪声,分析得出阀门处噪声是一种宽频噪声,对此提出相应的降噪方法,保证了离心式压缩机的平稳运行。(图9,表2,参21)     

离心式压缩机及管道噪声测试与降噪方法北大核心

为解决压气站离心式压缩机管道内噪声过大的问题,将噪声测量、频谱分析及振动测量3种方式相结合,确定压缩机及其管道的噪声水平、噪声源。以某离心式压缩机组为研究对象,通过噪声测量,发现离心式压缩机阀门前后声压级最高,可达100 dB;通过频谱分析发现,当振动频率分别为90 Hz、1000~1400 Hz时,离心式压缩机管道处噪声的声压级最高;通过对压缩机管道不同位置进行振动测量,发现当振动频率为90 Hz、1250 Hz时,电压存在峰值,其中90 Hz对应的噪声为压缩机加工过程中形心与质心不重合引起的激振所产生,而1250 Hz对应的噪声则由压缩机出口、气体流经阀门处所产生的气流激振所产生。通过CFD方法计算了流体流经阀门所产生的噪声,分析得出阀门处噪声是一种宽频噪声,对此提出相应的降噪方法,保证了离心式压缩机的平稳运行。     

基于Fluent的工厂化水产养殖增氧锥的数值模拟及结构优化设计

利用Fluent软件中的Mixture模型和标准湍流模型对设计的不同结构增氧锥内部流场进行了数值模拟,得到了流场内部多相流的速度分布云图及速度矢量图,揭示了不同结构增氧锥气液接触起点处管内流体的流动状态.通过对增氧锥模拟数据的分析,得出氧气进气管布置在增氧锥锥顶竖直进水管的中下部最为合适,并通过增氧试验验证,证实仿真结果与试验结果吻合.     

斜板式气液分离器流场的数值模拟

基于计算流体动力学(CFD)方法,应用ANSYS-CFX软件,分别应用标准k-ε模型和RNGk-ε模型,对斜板式气液分离器内部流场进行数值模拟计算,得到了在两种湍流模型下的分离器内部流场速度矢量分布规律、气体体积分数分布规律以及流体轨迹规律。对比两种湍流模型的分析结果表明:在流体流动快速畸变时,RNGk-ε模型的ε方程中增加的附加生成项会迅速增大,由此改善了对旋转流、浮力流等较复杂湍流的预报能力;与标准k-ε模型相对比,RNGk-ε模型更能合理地模拟斜板式气液分离器的内部流场分布。     

一种新型输气管道站场降噪装置

基于输气管道站场噪声污染严重的现状,分析了国内外油气管道降噪装置概况,根据天然气站场管道噪声产生的机理,研发了7种不同型号的新型降噪装置,其设计原理：在管道调压阀后增加挡板并在挡板后加装整流罩,调节调压阀处的速度流场分布,消除气体的湍流、涡流和激波,从而降低调压阀、汇管及弯管处的噪声。该装置结构主要包括消声段、整流段和连接法兰垫片,适用于管道上的阀门、汇管和管道变径等气动噪声产生部位,可通过法兰安装于管内,具有装卸方便、成本低、不受阀门型号限制等优点。在西气东输忠武管道武汉东站进行现场应用,结果表明：该装置可以将输油气管道噪声降低20-30dB,低于国家规定的噪声排放标准,保障了站场员工的身心健康。（图2,表1,参6）     

薄壁堰泄流能力的数值模型计算及模拟自由水面的评价

【目的】研究数值模拟技术对矩形薄壁量水堰自由水面和泄流量的模拟能力。【方法】应用基于CFD的流体分析软件FLUENT,采用带自由表面的k-ε气液两相紊流数学模型,并使用自定义UDF函数处理入口条件,对整个流场进行数值模拟计算,得到了整个流场的流态分布图、泄流量、自由水面和压力分布等水力参数。【结果】将模拟得到的自由水面和泄流量与实测值进行对比,二者吻合良好,说明所选数值模型能够准确模拟矩形薄壁量水堰的流场特性。【结论】本研究采用的数值模拟技术,能成功模拟矩形薄壁量水堰的自由水面和泄流能力,可以为量水堰的水力设计提供参考依据。     

输油气管道结构振动声辐射仿真分析

针对输油气管道中流体与结构之间的耦合作用引发的管道疲劳破坏和辐射噪声问题,采用有限元法进行流固耦合振动特性分析,得到固有振动频率和振动模态,分析流固耦合作用对输油气管道固有振动频率的影响;采用ANSYS软件进行谐响应分析,得到简谐激励作用下管道振动的位移、速度和加速度等参数;将谐响应分析得到的位移数据导入声学软件LMS Virtual.Lab,基于间接边界元法模拟得到管道振动的辐射声场,从而建立管道振动声辐射模型。研究结果表明:径厚比、是否考虑流固耦合作用以及管道形态均对管道的固有频率有不同程度的影响;不同径厚比管道的壁厚越小,辐射声压越大。输油气管道结构振动声辐射仿真分析可为管道辐射噪声控制和管道结构优化提供借鉴。     

输气管道泄漏音波的产生及传播特性

对输气管道泄漏音波的产生和传播特性进行研究,分析了泄漏音波产生的形式,获得了音波信号的时域、频域及时频特征。结果显示：泄漏音波主要由介质与管道相互作用产生的单极子、偶极子和四极子声源所引起,表现为时域上能量突变,但所占时域较窄,所占频域较宽,主要能量集中在0-100Hz。利用软件对泄漏音波在特殊管件（弯管、变径、分支）中的传播特性进行模拟研究,并利用高压输气管道泄漏装置进行试验研究,分析了泄漏音波信号的传播规律,确定了影响音波信号衰减的主要因素。结果显示：音波在管内以平面波形式传播,随着传播距离的增大,音波基本呈指数规律衰减,在较低泄漏量下,泄漏音波信号幅值基本与泄漏孔径无关：音波信号经弯管和直管的损失基本为0,经分支和变径管损失较大。根据拟合计算结果,对于现有型号的音波传感器,其理论安装距离可达100km,利于长输管道的泄漏检测。     

管网最小平方和法初始流量分配

在对天然气管网进行离线数值模拟计算时,需要给各管段分配初始流量,并作为迭代计算的初始值.根据管道的流动状态多在阻力平方区的特点,建立了初始流量分配的数学模型,用C 语言编制了计算程序.实例计算和分析表明,用最小平方和法求解各管段初始流量,不需手工预分初始流量,也不需预先确定各管段的流体流动方向,求解所得初始值接近真实值,数值计算的收敛速度大大提高.     

国产化轴流式调压器结构改进及流场分析

轴流式天然气调压器是保障长输管道安全供气的重要设备,为提高调压器流场性能,对其主阀结构进行优化改进,借助Solidworks软件对调压器改进前后的主阀内部流道进行三维建模,并采用CFX软件对内部流场进行可视化研究,求解得到调压器内部压力、速度分布云图及速度矢量图;对改进前后阀内流道形状及阀后加入节流孔板前后调压器的流场特性进行对比分析,结果表明：改进流道形状及加入孔板后,主阀内部流场漩涡有所减少,局部最高流速明显降低,压力分布更加均匀,调压器流场得到优化,性能进一步提升。     

地形诱导的弹状流生成特性研究

通过对受丘陵地形影响的油气两相管流的模拟试验研究，观察到这种两相流具有复杂的流动特性，它与普通两相流在各自倾角管段上的流动不同。由于丘陵地形的影响，油气两相流在流动过程中的流动特性会发生很大变化，最明显的首先是流型的变化，油气两相流流经向下倾斜管段和向上倾斜管段的下凹肘部时，会有新的液弹产生；流经向上倾斜管段和向下倾斜管段的上凸肘部时，原有的液弹则可能会消失。上游水平段已有的弹状流在流经丘陵管道时，弹状流的特性如频率和液弹长度都会发生变化。     

新型液压安全阀

液压安全阀是油罐上必不可少的安全设备，使用中发现了一些缺陷，曾用改进的新型呼吸阀来替代，但油罐被吸瘪的事故明显增多。详细分析了液压安全阀密封液在呼气，吸气时被吹出的过程，并指出密封液易被吹出的原因是液压安全阀的油气分离器只对带密封液液滴的气体流动方向进行了几次改进，即对油气进行了很有限的分离。     

基于超声波技术的水平管气液两相流流型识别方法

根据超声波在不同介质界面处的反射回波强弱不同的特性,提出了应用超声波对水平管气液两相流流型进行非介入式在线识别的方法。理论计算得到钢管内壁接触的介质分别为水和空气时的声压反射率,证明了超声波流型识别法的可行性。数值仿真研究管内的流体分别为水、空气时不同界面的反射回波特点,得到了超声波流型识别法的实现方式。依据数值仿真结果,开展超声波气液两相流流型在线识别实验,分析气液两种流体在管道横截面上的分布,从而识别水平管气液两相流流型。研究结果表明：在不影响生产的前提下,超声波流型识别方法能够准确获取水平管气液两相流流动过程中的实时流型,操作方法简便,且结果可靠。（图10,表1,参9）     

磨溪气田气体流速对腐蚀的影响

气体流速大小对气田的腐蚀有重要影响。采用雷诺准数Ｒｅ判断了磨溪气田的气体流动类型，分析了气体临界流速，它是表征流体携带腐蚀产物能力大小的参数，磨溪气田的集输设备内气体流速都小于１．５ｍ／ｓ，因此导致部腐蚀严重。当气体中有液体存在时，只有能使流体在管道设备内呈雾状流动的流速才对管道设备的防腐最有利。同时雾状加注缓蚀剂能使缓蚀剂扩散均匀，提高缓蚀效率。     

管道入口段雾化加注天然气减阻剂的数值模拟

采用数值模拟的方法研究天然气管道减阻剂的雾化加注过程,首先对气体管道入口段的稳态流场进行模拟,得到收敛的气流场,再将减阻剂作为一系列离散相雾滴从入口喷嘴注入后进行耦合计算,分析各雾化条件对雾滴索泰尔平均直径（SMD）及其在入口段管壁上吸附特性的影响。模拟结果表明：喷雾压差、喷雾流量、喷嘴直径和喷射角度是影响天然气管道减阻剂减阻效果和减阻距离的关键因素。喷雾压差越大,喷雾流量越小,雾滴的SMD越小,越容易吸附在入口段的管壁上;喷嘴直径和喷射角度对雾滴的SMD影响不大,但喷射角度较小时,雾滴能被气流携带更长距离。研究成果可为天然气减阻剂的工程应用提供一定的理论指导。（图6,表5,参17）。