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,其輸運過程中管道的流動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重要問題,也是流動保障的一個重要分支。目前國內(nèi)外針對顆粒侵蝕機理已開展了大量研究工作,計算流體動力學(xué)模型的發(fā)展極大加速了顆粒侵蝕的研究進程,該模型充分考慮了管道內(nèi)復(fù)雜流場和顆粒運動軌跡,使其相對于經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃桶虢?jīng)驗?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步驟:流場模擬,跟蹤顆粒軌跡,求解侵蝕損傷。本文首

2、先基于上述步驟驗證了CFD侵蝕預(yù)測數(shù)值方法的有效性,建立了一套可行的侵蝕預(yù)測數(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。通過對不同實驗工況彎頭及T型堵頭管的顆粒侵蝕進行模擬,證實了各典型侵蝕公式的精度及適用性,驗證了上述數(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),對工程實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算管道內(nèi)流場,使用拉格朗日方法跟蹤顆粒運動軌跡,結(jié)合

3、顆粒隨機反彈模型,建立跟蹤復(fù)雜流場中大規(guī)模顆粒運動軌跡的一般方法;之后通過二次開發(fā)將四種顆粒侵蝕公式對應(yīng)的Fortran子程序引入ANSYS CFX,預(yù)測彎頭、T型堵頭管的砂粒侵蝕結(jié)果,并結(jié)合相應(yīng)實驗數(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,對于彎頭,四種侵蝕公式的數(shù)值結(jié)果與實驗結(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;對于T型堵頭管,數(shù)值方法對顆粒運動機理的模擬尚存缺陷,需做進一步改進。