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首页锥形节流器冲刷磨损数值模拟及影响因素分析
"锥形节流器内冲刷磨损的数值模拟 (2013年)" 本文是一篇自然科学领域的论文,主要研究了锥形节流器在注汽管道中的冲刷磨损问题,该问题是导致节流元件失效的关键因素。研究者运用计算流体力学的有限体积法进行数值模拟,以深入理解冲刷磨损量与注气量、颗粒直径及颗粒质量浓度之间的关系。 首先,研究指出,随着颗粒直径的增大,磨损现象更倾向于集中在管道壁的高速区域内,这导致锥体的磨损量增加。这意味着在含有较大颗粒的工况下,节流元件的磨损会更加严重,可能需要更强的抗磨损材料或设计。 其次,当注入气体的流量增加时,冲刷磨损量和切应力也随之增加。这表明流量控制对于减少磨损至关重要,可能需要通过调整注气速率来减缓磨损过程,以延长节流元件的使用寿命。 再者,颗粒质量浓度的提高会加剧磨损量。这意味着在相同的工况下,如果颗粒浓度更高,那么节流元件的磨损速度将更快。因此,在实际操作中,控制颗粒负载可能是防止快速磨损的有效策略。 此项研究的成果为节流元件的抗磨腐蚀研究提供了理论基础,并且能够用于预测油田中节流元件的失效模式,从而指导设备的设计改进和维护策略的制定。通过理解这些关系,工程师可以优化工艺参数,设计出更耐磨损的节流元件,以提高整个系统的可靠性和经济性。 关键词涉及到锥形节流器、冲刷腐蚀、离散相模型、数值模拟和多相流,这表明研究不仅关注实际的物理现象,还采用了先进的数值分析工具,以便更准确地预测和解释冲刷磨损的行为。 这篇论文的贡献在于提供了一种理解和预测固体颗粒对锥形节流元件冲刷磨损的定量方法,为油气行业的设备设计和维护提供了宝贵的参考。
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第卷第期 辽 宁 石 油 化 工 大 学 学 报
年 月
文章编号
锥 形 节 流 器 内 冲 刷 磨 损 的 数 值 模 拟
李 亮
申龙涉
晏永飞
孙 蕾
李武华
何 洋
金春旭
李士红
辽宁石油化工大学石油与天然气工程学院 辽宁抚顺 上海力太化学有限公司 上海
摘 要 在注汽管道内固体颗粒对锥形节流元件的冲刷磨损是造成失效的重要因素 采用计算流体力学有
限体积法对其进行数值模拟 研究了冲刷磨损量和切应力与注气量 颗粒直径 颗粒质量浓度的关系 结果表明 随
着颗粒直径增大 管壁磨损相对集中于高速区 锥体磨损量增大 流量增大时 磨损量和切应力均增加 颗粒的质量
浓度增加 磨损量增大 此研究可为节流元件的抗磨腐蚀研究和油田节流元件的失效预测提供理论指导
关键词 锥形节流器 冲刷腐蚀 离散相模型 数值模拟 多相流
中图分类号 文献标志码
Colle
g
e o
f
Petroleum En
g
ineering L iaonin
g
Shihua Universit
y
Fushun L iaonin
g
China
Shan
g
hai litai Chem ical Co L td Shan
g
hai China
Received M arch rev ised June acce
p
ted October
Abstract
Key words
在油田注汽管线中 固体颗粒的冲刷磨损是造
成节流元件腐蚀失效的重要原因 高温高压蒸汽携
带来自注汽锅炉炉管的垢性颗粒 管道磨损颗粒 对
节流元件造成气固两相流的冲刷破坏 因此 模拟
其内部流场
并研究了颗粒冲刷对壁面腐蚀的影
响
在国内外 冲刷磨损机理一直备受研究者的关
注
提出了基于塑性材料的切削磨损机
理 认为颗粒冲刷壁面时材料以条状的形式损失
和
提出冲蚀成片理论 认为壁面材
收稿日期
作者简介 李亮 男 山东泰安市 在读硕士
通信联系人
料冲蚀以薄片状不断产生和消失
提出了
基于冲蚀过程中能量平衡的磨损机理 将冲蚀分为
变形磨损和切削磨损 岑可法
等提出了计算机辅
助优化数值试验方法 把多相流体力学和材料磨损
机理相结合 林玉珍等
建立了单相流动海水中碳
钢磨损腐蚀的数值计算模型 验证了磨损与腐蚀的
协同效应 这些研究虽然对冲刷磨损的机理和影响
因素进行了深入研究 但是对高温高压注汽系统相
关的磨损研究相对较少
本文以沙粒代替管线中垢性颗粒 忽略颗粒相
间的相互碰撞 采用离散相模型 随机轨道模型
k
湍流模型 研究了气固两相之间的相
互耦合和颗粒与壁面之间的碰撞 考察了流速 颗粒
大小 颗粒质量浓度等因素对冲刷腐蚀量的影响
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