基于薄壁孔口出流的管道检测设备泄流模型北大核心

针对高流速天然气管道内常规检测设备无法使用的问题,提出了开泄流孔主动调控设备运行速度的方法,建立了基于泄流孔调速的模型,并推导出泄流公式。但公式中泄流孔局部阻力因数的取值较困难,导致应用不便。根据检测设备泄流孔的特点和流体力学孔口出流方面的理论,建立了基于薄壁孔口出流的管道检测设备泄流模型,推导出薄壁孔口出流公式,在介质输送满足雷诺数不低于105的条件下,且泄流孔尺寸较小时,泄流孔局部阻力因数为0.06。根据新建泄流模型对固定泄流面积的检测器和速度控制清管器的运行速度进行了预测,其计算结果与现场运行情况一致,新建泄流模型参数较少、结构简单,方便工程现场计算。     

基于薄壁孔口出流的管道检测设备泄流模型

针对高流速天然气管道内常规检测设备无法使用的问题,提出了开泄流孔主动调控设备运行速度的方法,建立了基于泄流孔调速的模型,并推导出泄流公式。但公式中泄流孔局部阻力因数的取值较困难,导致应用不便。根据检测设备泄流孔的特点和流体力学孔口出流方面的理论,建立了基于薄壁孔口出流的管道检测设备泄流模型,推导出薄壁孔口出流公式,在介质输送满足雷诺数不低于105的条件下,且泄流孔尺寸较小时,泄流孔局部阻力因数为0.06。根据新建泄流模型对固定泄流面积的检测器和速度控制清管器的运行速度进行了预测,其计算结果与现场运行情况一致,新建泄流模型参数较少、结构简单,方便工程现场计算。     

基于CFD清管器结构的管内流场模拟及优化设计

为了研究清管器结构尺寸对清管作业时管道流场特性的影响,以便寻求较为适合的清管器结构尺寸,以可调速直板清管器为例,利用FLUENT前处理软件Gambit建立了3个不同长径比的可调速清管器工作模型,并对其进行网格划分,然后利用FLUENT流体分析软件对不同长径比的清管器工作时的流场进行数值模拟,得到了不同长径比情况下清管器工作时的流场压力、速度和湍流动能的分布图。以清管器长度尺寸作为优化对象,对数值模拟结果进行对比分析后发现,清管器附近流场波动较剧烈,湍流动能及强度急剧增大,其在清管器内部流场中达到最大;清管器下游流场的湍流强度虽有所下降,但仍然是高湍流强度流动,长径比为1时各指标波动较小,说明长径比为1时对下游的流场影响较小,模拟结果与工程实际经验相符合。研究结果可为清管器的优化设计提供理论依据。     

基于CFD模拟的输气管道阀门流噪声仿真

将输气管道中的气体流经阀门时的流场在CFD (Computational Fluid Dynamics)软件中进行三维仿真模拟,建立了输气管道阀门流噪声的产生模型.对气体流经阀门的流场进行稳态模拟和瞬态模拟,结果表明:湍流中的流体脉动(如压力、速度脉动)是流体流噪声产生的根本原因.将模拟仿真得到的阀门流场分布通过Lighthill波动方程转换得到偶极子声源,从而对阀门管段进行流体噪声分析,得到阀门流噪声产生、传播、衰减规律.通过试验对仿真模拟得到的阀门声场进行验证,表明了利用Fluent软件对气体流经阀门的流场和声场进行模拟仿真的可行性.研究成果可为输气管道音波法泄漏检测提供技术支持,为输气管道阀门噪声控制方法的制定提供理论依据.     

基于流场数值模拟的射流清管器喷嘴优化设计

天然气管道中的黑粉严重影响管输效率与安全,现有的带皮碗、磁铁及钢刷的清管器对黑粉的清除效率较低,且易出现卡球现象。射流作用产生的冲击流场对管内积液、杂质的清除效果较好,基于射流原理提出了利用射流清管器清理天然气管道黑粉的方法。为了达到最佳的射流清除效果,需要优化清管器喷射组件中文氏管喷嘴的关键结构参数。文氏管喷嘴结构包括收缩段、水平段及扩散段,其中扩散段的参数对射流效果起关键作用。基于计算流体力学的原理,以Fluent软件为模拟工具,选定实际气体状态模型定义管道内天然气参数,考虑文氏管喷嘴扩散段中扩散长度与扩散角的影响,对清管器的射流过程进行仿真分析。通过比较不同扩散段参数模型在射流流场中流速和湍流动能的云图以及变化曲线,得到具有最佳射流效果的天然气管道射流清管器喷嘴结构。     

基于泄流阀调速的速度控制装置研究进展

针对管道检测设备在高流速天然气环境下运行时存在的清管效率低、检测精度差等问题,通过分析检测设备在天然气管道中的运行特点及国内外常用的检测设备调速方法,指出搭载速度控制装置可有效降低检测设备的运行速度,减小速度波动幅值。从理论研究、样机试验和泄流阀结构3个方面详细阐述了基于泄流阀调速的速度控制装置的最新研究进展,分析了泄流阀调速装置的组成、工作原理及常用结构形式。指出未来对泄流阀调速装置的研究,应重点分析泄流阀开口形式、开口大小与泄流阀损失系数之间的关系。另外,对速度控制装置失效后利用安全闭锁装置保证检测设备继续运行的研究也是未来的发展方向。     

长输天然气管道在线清管作业运行速度控制

在长输天然气管道在线清管作业过程中,存在介质流速较高,清管器磨损量大及跟踪监控困难等问题,如果球速控制不当,将导致清管器卡堵或造成收球端设备损坏。结合山东省天然气管道有限责任公司济淄线输气管道在线清管作业实际情况,根据速度模型计算分析,适时掌控清管器的运行状况,及时调整工艺设备参数,有效控制了清管器的运行速度。采用“二次收球”的作业方法,运用牛顿第二定律及能量守恒定律两种方法的计算结果,调节清管器进入收球筒的运行速度,达到安全完成收球作业的目的。建议进一步加强对瞬时气量变化规律的研究,以更加精确地控制清管器的运行速度。（表2,图5,参8）     

济淄天然气管道清管收球速度的控制

为合理控制济淄天然气管道清管过程中的收球速度，基于清管器运行速度的准确计算，分别采用二次收球和调整收球流量的方法控制收球速度，规避清管器撞击盲板的风险。根据SY／T5922—2003《天然气管道运行规范》，将清管器运行速度视为与天然气流速相同，推导出了运行速度测算公式，利用该公式测算出的理论值与实际值的最大相对误差不超过6％。通过对济淄管道16次清管作业的收球数据进行总结分析，结果表明：清管器质量越大，收球流量越大，接收到清管器的位置距离收球筒盲板越近，清管器撞击盲板的风险越大。研究成果和实践经验可为清管器速度控制提供依据。（图3，表2，参6）。     

清管作业冰堵问题与解决建议

西气东输二线张掖-永昌段存在地温低、地势复杂、落差大等不利于清管作业的因素,自投产运行以来,多次出现冰堵引起的压力异常问题。为此,选择两直四碟型皮碗结构清管器进行清管作业,介绍了两次清管堵球事故的处理过程。产生冰堵的原因包括:天然气水合物的生成,清管器结构中射流孔与泄流孔的存在,输量和地温的变化等;解决冰堵问题的措施:降低气质源头的水含量,清除管道试压的残余水,取消清管球结构中的射流孔,向管道中注醇,合理控制管道输量,以及选择地温较高的时间段实施清管作业。     

天然气管道速度可控清管器的设计

为解决我国长输天然气管道清管过程中清管器速度过快或不稳定带来的一系列问题,对清管器的速度控制技术进行了研究。结合清管器的清管原理,提出了清管器速度控制方案,进行了速度可控清管器的结构设计,主要由普通清管器、电子仓、信息轮、电机仓、直流伺服电机、转阀、旁通壳体电机仓等零部件组成。分析了该清管器的工作过程,认为其在管道内的速度可以控制在预定范围内,但机械结构优化,旁通孔计算以及清管器在管道内运行时可压缩流体的数值模拟等技术问题仍需深入探索。     

天然气长输管道清管器运行速度预测北大核心

为保障天然气长输管道安全生产,提升输气效率,需要定期对管道开展清管作业,其中清管器运行速度预测是清管作业中的重要技术。针对目前清管器运行速度预测方法精度低、适用性差等问题,在调研国内多家管道运营企业清管作业流程及成功经验的基础上,总结出预测清管器运行速度的3种方法:理论估算法、模拟仿真法及经验数值法。深入分析了经验数值法中影响清管器运行速度的主要因素,提出了经验数值优化方法。通过对比3种清管器运行速度预测方法的优缺点,提出了一套完整的清管流程及清管器速度预测方法。最后以某天然气管道清管作业为例,计算了3种预测方法的相对误差,验证了经验数值优化方法的准确性及可行性。研究成果可有效指导管道运营企业开展清管工作,提高作业效率及安全性,降低投资费用。(图2,表3,参22)     

天然气管道调速清管器研究进展

国外对天然气管道内检测器调速技术的研究和应用较成熟,但国内对清管器速度控制技术的研究甚少。针对天然气管道清管器调速技术和应用研究难点与特点,综述了天然气管道清管器的动力学问题、旁通调速装置的国内外研究现状,分析了调速清管器调速装置的主要结构、原理和旁通阀种类,描述了旁通孔内直动式截断阀、旋转转阀和蝶阀等泄流调速装置的结构特点与工作原理,同时描述了制动机构用于清管器调速的优点与基本原理,讨论了清管器调速的技术难点,指出为实现清管器调速技术的现场应用,需开展机械与控制系统设计以及控制逻辑优化等理论与试验研究。     

雷诺应力与流场旋度的关联分析

基于雷诺时均方程导出了含有雷诺应力的涡量微分方程。对于充分发展湍流流动在高雷诺数弱非定常条件下,从平衡角度分析雷诺应力与时均流场涡量及速度的关系,得出雷诺应力与时均流场的涡量和速度的耦合作用是相关联的,反映流场结构的涡量的演化能够间接表示湍流动能的输运和耗散过程。在标准κ-ε模型中,对其本构方程加入涡量张量和变形速度张量使其非线性化后,改善了对正应力的计算,并能预示二次流的存在。     

基于Fluent仿真软件的滩地植被作用下复式河道水动力特性的精细化数值模拟

为研究浅滩植被对复式河道水动力特性的影响,了解植被作用下滩槽间水流动量交换的影响机制,利用Fluent流体力学仿真软件,选取标准的k-ε湍流模型封闭雷诺方程,对浅滩植被作用下的复式明渠内的流体运动特征进行精细化模拟,分析了不同淹没高度、不同流量条件下滩地植被对复式断面明渠的水流速度、湍流动能及断面二次流变化的影响。结果表明:受植被的影响,植物区计算主流速度的垂向分布不再呈对数分布,而呈现准S型的分布;相对无植被的工况,植物区内主流流速减小,随着滩地植被高度的增加,植物带的内部与上部区域主流速度减小,而主槽内主流流速相应增大,说明植物的存在对滩地区域的水流产生明显的阻碍作用,使断面主流向河道主槽内转移,植物的存在也对横向速度产生较强的扰动,能够促使断面二次流的形成;植物顶端附近的湍流动能变化较大,随着浅滩植被高度的增加,植被和水流交界处的湍流动能最大值也发生相应的变化,说明在植被顶端存在较大的动能交换;随着入流流量的增加,断面主流速度呈增大趋势,各测点湍流动能沿水深方向的幅值也相应增大。研究表明,Fluent流体力学仿真软件能够较好地精细化模拟滩地植被对复式河道水动力特性的影响,其计算结果可为河流防洪工程、河道浅滩整治及生态护岸等工程的实施提供科学依据。     

唐家山堰塞坝散粒堆积体开槽泄流的冲刷过程分析

【目的】为避免溃堤形成洪峰危害下游,对唐家山堰塞湖进行开槽泄流,并预测泄流槽的冲刷演变和下泄洪峰流量及出现时间,以便提出一种分析方法,对今后震后堰塞湖抢险工程起到指导作用。【方法】依据唐家山堰塞坝的土性条件、开槽断面,以及不同粒径散粒体的冲刷运动特性,确定堰塞坝不同粒径松散体的冲刷起动流速和冲刷速度。基于堰塞湖区产流和库水位曲线,应用宽顶堰流基本理论,综合考虑土性材料冲刷性能与堰流之间的相互关系,进行了开槽泄流、水流计算、冲刷下切、库水位确定的迭代计算分析。【结果】合理确定了唐家山堰塞坝不同土层随着泄流变化的冲刷速率和泄流槽断面的变化;计算得到2008-06-10 T 12:00下泄最大洪峰流量为6 601 m3/s,与实际洪峰流量基本一致。【结论】提出了一种预测堰塞体开槽泄流下切冲刷分析及洪峰形成时间和确定最大洪峰流量的简化方法。     

川气东送管道干线清管实践

目前天然气长输管道清管作业尚未形成统一的标准、规范,在清管器选型、清管器参数确定、速度控制等方面均无明确规定。对川气东送管道清管作业工况进行分析,从设备选型、参数确定、收球流程调整、清管器的监听、速度预测等方面入手,开展了大口径管道清管研究实践。可采用聚氨酯泡沫清管器和皮碗清管器相结合的清管方式,其中皮碗清管的过盈量为主要管道壁厚段的3%,聚氨酯泡沫清管器为5%。通过调整收球流程,控制收球速度,选择在阀室以及进出站对清管器进行监听。作业前通过SPS模拟清管器运行速度,与实际相差约为5%,除发球和收球阶段外,皮碗清管器和泡沫清管器运行速度相差不大。通过掌握管道内部特点,清除管道内杂质,提高管道运行效率,检验管道通过能力,为后续的内检测工作奠定基础。总结了相关经验并提出了改进建议,可为以后大口径管道清管提供借鉴。     

养殖鱼对养殖池内水动力影响的数值模拟

为研究养殖鱼对养殖池流场特性的影响,基于计算流体动力学(CFD)技术建立方形圆弧角单管养殖池及养殖鱼模型,采用多重参考系法(multiple reference frame, MRF)模拟鱼类在固定轨迹下的运动,并分析养殖池内养殖鱼的放养密度、个体体积和空间分布变化对养殖池流场特性的影响。结果表明：在养殖鱼个体体积和空间分布条件一定时,放养密度越大,养殖池内水体平均流速下降越大;在养殖池内养殖鱼放养密度一定时,鱼数量越多(个体体积小)时,鱼类的逆流游动产生的阻流作用越大,养殖池内平均流速下降就越明显;在养殖鱼放养密度、个体体积大小一定的条件下,养殖鱼在养殖池水体中层分布时,养殖池内水体的整体平均流速下降幅度和湍流强度增加幅度最大,养殖鱼在养殖池下层时,对平均流速和湍流强度的影响最小。研究表明,在循环水养殖过程中,应根据养殖池中养殖鱼的放养密度、个体体积和空间分布条件的变化,适时调整养殖池的进水速度,以维持养殖池内适于养殖鱼生存和生长的流场条件。     

雷诺应力与场旋度的关联分析

基于雷诺时均方程导出了含有雷诺应力的涡量微分方程.对于充分发展湍流流动在高雷诺数弱非定常条件下,从平衡角度分析雷诺应力与时均流场涡量及速度的关系,得出雷诺应力与时均流场的涡量和速度的耦合作用是相关联的,反映流场结构的涡量的演化能够间接表示湍流动能的输运和耗散过程.在标准κ-ε模型中,对其本构方程加入涡量张量和变形速度张...     

田间便携式短喉槽的数值模拟

为进一步研究田间便携式短喉槽过槽的水流特性及测流精度,基于临界流原理和RNGk-ε三维湍流模型,利用FLOW-3D软件对喉道宽度为76mm的田间便携式短喉槽在16种工况下的水力特性进行全流场数值计算,获得了时均流场、槽内水流流态、断面流速分布及佛汝德数,并与试验实测值进行对比分析。结果表明:1)模拟流场分布及流态与模型试验情况具有一致性,量测流量范围宽,最大可达40L/s,能够满足田间量水的流量要求;2)水深、断面流速、佛汝德数模拟值与实测值基本吻合,相对误差均小于10%;3)该短喉槽最大水头损失占总水头的12.89%,小于长喉槽最大水头损失占总水头的13%;4)通过回归分析得到了田间便携式短喉槽的上游水深-流量计算公式,其最大测流误差为9.95%,满足灌区量水精度的要求。     

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.