海底管道顆粒侵蝕數(shù)值模擬技術(shù)及考察.pdf

1、隨著深海油氣開采技術(shù)的不斷發(fā)展,其輸運(yùn)過程中管道的流動(dòng)安全性必須得到保障。海底管道中顆粒侵蝕是油氣輸送過程需面臨的一個(gè)重要問題,也是流動(dòng)保障的一個(gè)重要分支。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)顆粒侵蝕機(jī)理已開展了大量研究工作,計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型的發(fā)展極大加速了顆粒侵蝕的研究進(jìn)程,該模型充分考慮了管道內(nèi)復(fù)雜流場(chǎng)和顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡,使其相對(duì)于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃桶虢?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途哂袩o可比擬的優(yōu)越性。
　　該模型求解侵蝕分為三個(gè)步驟:流場(chǎng)模擬,跟蹤顆粒軌跡,求解侵蝕損傷。本文首

2、先基于上述步驟驗(yàn)證了CFD侵蝕預(yù)測(cè)數(shù)值方法的有效性,建立了一套可行的侵蝕預(yù)測(cè)數(shù)值方法。之后使用該數(shù)值方法闡述了CFD求解管道顆粒侵蝕的一般流程。通過對(duì)不同實(shí)驗(yàn)工況彎頭及T型堵頭管的顆粒侵蝕進(jìn)行模擬,證實(shí)了各典型侵蝕公式的精度及適用性,驗(yàn)證了上述數(shù)值方法的可靠性,獲得了求解管道顆粒侵蝕可行的數(shù)值技術(shù),對(duì)工程實(shí)踐提供了重要的技術(shù)參考。
　　基于上述數(shù)值技術(shù),首先使用剪切壓力傳輸模型計(jì)算管道內(nèi)流場(chǎng),使用拉格朗日方法跟蹤顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡,結(jié)合

3、顆粒隨機(jī)反彈模型,建立跟蹤復(fù)雜流場(chǎng)中大規(guī)模顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡的一般方法;之后通過二次開發(fā)將四種顆粒侵蝕公式對(duì)應(yīng)的Fortran子程序引入ANSYS CFX,預(yù)測(cè)彎頭、T型堵頭管的砂粒侵蝕結(jié)果,并結(jié)合相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),比較分析各侵蝕公式的精度與適用性。分析結(jié)果表明,對(duì)于彎頭,四種侵蝕公式的數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果均吻合良好,其中Tabakoff的侵蝕公式具有較高的精度和較好的適用范圍;對(duì)于T型堵頭管,數(shù)值方法對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)機(jī)理的模擬尚存缺陷,需做進(jìn)一步改進(jìn)。