數(shù)值分析方法是預測管道內固體顆粒侵蝕的有效手段。本文驗證了數(shù)值分析過程中求解輸氣彎頭處固體顆粒侵蝕的每一步驟,即模擬流場、跟蹤顆粒、計算侵蝕;在每一步驟中使用不同模型,通過與實驗數(shù)據(jù)對比選擇最優(yōu)求解方法。使用五種不同的湍流模型計算輸氣彎頭處的速度場;使用離散相與連續(xù)相的單向耦合與雙向耦合方法跟蹤顆粒的運動狀態(tài);基于顆粒撞擊要素,使用四種顆粒沖蝕模型計算彎頭侵蝕;基于相似性準則,計算不同模型尺度下侵蝕速率的無量綱數(shù)。通過與實驗數(shù)據(jù)進行對比可知:剪切應力傳輸模型是計算輸氣彎頭內流場的最優(yōu)湍流模型;離散相與連續(xù)相的雙向耦合模型對于顆粒運動狀態(tài)的預測更為精確;Oka顆粒沖蝕模型能夠更為準確地計算各流場條件下的固體顆粒侵蝕結果;固體顆粒侵蝕的數(shù)值方法符合相似性準則,低輸沙率時計算精度更高。 

【文章來源】：船舶力學. 2020,24(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

實驗裝置與測試位置

數(shù)值分析結果與實驗數(shù)據(jù)對比見圖2，其中圖2(a）為沿管程垂直平面的軸向速度，圖2(b）為沿管程水平平面的軸向速度，圖2(c）為沿管程水平平面的環(huán)向速度，圖中縱軸r/R代表距管道中心的相對位置。由對比結果可知：在管程z/D=-1到φ=30°之間，數(shù)值方法能夠較準確地計算垂直平面上的軸向速度；在管程φ=45°下游，尤其是在管程φ=45°至z/D=-1之間的彎管段，數(shù)值方法計算的垂直平面上的軸向速度與實驗數(shù)據(jù)偏差較大；在管程z/D=-1到φ=90°之間，數(shù)值方法能夠較準確地計算水平平面上的軸向速度；在管程φ=90°下游，數(shù)值方法計算的水平平面上的軸向速度與實驗數(shù)據(jù)略有偏差；在整個管程上，數(shù)值分析方法對于環(huán)向速度的計算均較為準確。在φ=45°與z/D=1的區(qū)域內，由于二次流的影響致使管道內流場變化極為復雜。圖3為φ=45°與z/D=1的區(qū)域內沿管程垂直平面的軸向速度的數(shù)值計算結果與實驗數(shù)據(jù)對比圖；表3為數(shù)值計算結果與實驗數(shù)據(jù)間偏差的均方根，計算方法如下：

由圖3和表3可知，SST模型能夠最為準確地預測出垂直平面上軸向速度的變化趨勢，在局部的低雷諾數(shù)流場中預測精度最高；此外，SST模型考慮了湍流剪應力的傳輸，更適合于彎管近壁面處的流場計算。因此，處理輸氣彎頭內流場時，宜使用SST模型求解湍流流場。2.2 耦合方式比較


本文編號：3568275