一种天然气弯管冲蚀磨损分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种天然气弯管冲蚀磨损分析方法及系统包括，根据集输管网中弯管的实际尺寸，建立仿真弯管模型；仿真弯管模型包括无错边焊缝弯管模型

【技术实现步骤摘要】
一种天然气弯管冲蚀磨损分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及天然气管道运输工程
，尤其涉及一种天然气弯管冲蚀磨损分析方法及系统
。

技术介绍

[0002]目前，我国在进行天然气探勘开发及生产利用过程中，从井底直接开采出的天然气往往不是单一的气体，而是天然气
、
固体颗粒以及一些液体的混合物其中，固体颗粒和流体介质产生了良好的耦合性，从而带有一定的速度，具备了动量
。
在流体流经弯管时，较大的离心力会使颗粒在弯头处发生碰撞，从而对管体形成冲蚀
。
冲蚀现象严重影响运送管道的安全性和可靠性
。
由于弯头结构的特殊性，与管道其他部位相比，弯头更易受到颗粒的冲蚀磨损
。
因此，研究弯头的冲蚀规律对工程实践具有重要意义
。
[0003]结合目前现有的研究现状，对于管道气固两相流的冲蚀磨损研究已经有了较为系统的研究成果，尤其是对于典型管件弯头而言，在各种因素影响下的冲蚀特点已经进行了全面的分析
。
但现有研究大多针对完整管道进行冲蚀数值模拟，将弯管与焊缝缺陷相结合，同时对不同因素影响下结构内壁冲蚀特点的研究较少；利用含焊缝缺陷弯管的冲蚀损伤区域建立单个和多个冲蚀表面裂纹，对含“裂纹
+
焊缝”缺陷弯管所进行的断裂力学研究也相对有限
。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例
。
在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分
、
说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围
。
[0005]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术
。
[0006]因此，本专利技术提供了一种天然气弯管冲蚀磨损分析方法及系统，能够解决
技术介绍
中存在的问题
。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案，一种天然气弯管冲蚀磨损分析方法，包括：
[0008]根据集输管网中弯管的实际尺寸，建立仿真弯管模型；
[0009]所述仿真弯管模型包括无错边焊缝弯管模型
、
外错边焊缝弯管模型与内错边焊缝弯管模型；
[0010]根据所述仿真弯管模型，结合欧拉
‑
拉格朗日方程，建立冲蚀预测模型；
[0011]根据所述冲蚀预测模型，获取不同输运参数
、
弯管导向
、
焊缝错边高度以及颗粒入射角与弯管的冲蚀关系
。
[0012]作为本专利技术所述的天然气弯管冲蚀磨损分析方法的一种优选方案，其中：所述建立仿真弯管模型包括，
[0013]根据集输管网中弯管的实际尺寸，建立无错边焊缝弯管模型
、
外错边焊缝弯管模
型
、
内错边焊缝弯管模型三种固定度数的弯管几何模型；
[0014]弯管的摆置方式采取水平
‑
垂直向下方式，完成弯管其他参数仿真，所述其他参数包括管道内壁直径
、
弯头曲率半径
、
焊缝宽度
、
焊缝错边高度
、
弯管中截面个数以及不同截面对应的角度；
[0015]通过
ICEM
对整个流域采用六面体网格划分，并设置边界层
。
[0016]作为本专利技术所述的天然气弯管冲蚀磨损分析方法的一种优选方案，其中：所述结合欧拉
‑
拉格朗日方程，建立冲蚀预测模型包括，
[0017]设气体不可压缩，并忽略温度的影响，采用稳态计算对流场进行仿真，其对应的控制方程为：
[0018][0019][0020]其中，
x
i
，
x
j
为流场中空间坐标；
u
i
，
u
j
为流体速度，
ρ
为流体密度，
p
为流场中的压力，
f
i
为所有外力合力，
μ
为分子黏性系数，
μ
t
为湍流黏性系数，由湍流模型决定；
[0021]采用
RNGk
‑
ε
湍流模型，并通过重整化群理论推导得到，具体表达式为：
[0022][0023][0024]其中，
μ
eff
为有效粘度，
μ
eff
＝
μ
+
μ
t
，
G
k
、G
b
为湍流动能，
α
k
＝
α
ε
＝
1.39
，
ε
为湍流扩散项，
k
为湍动能，
C1ε
＝
1.42
，
C2ε
＝
1.68
，
C3ε
是可压缩流体计算中与浮力相关的系数，当流速与重力方向相同的流动
C3ε
＝1，当流速与重力方向垂直的流动时，
C3ε
＝0；湍流黏度
μ
t
＝
C
μ
ρ
k2/
ε
的系数
C
μ
＝
0.0845
，附加项
R
ε
为：
[0025][0026]其中，
η
＝
Sk/
ε
，
S
为应变率张量范数，
η0＝
4.38
β
＝
0.012。
[0027]作为本专利技术所述的天然气弯管冲蚀磨损分析方法的一种优选方案，其中：所述结合欧拉
‑
拉格朗日方程，建立冲蚀预测模型还包括，
[0028]在
Lagrange
坐标下，固体颗粒所受作用力的控制方程为：
[0029][0030]其中，
m
p
为颗粒质量，分别为固体颗粒受到的曳力
、
重力与浮力的合力
、
压力梯度力
、
虚拟质量力以及其他力；
[0031][0032][0033][0034][0035]其中，
m
p
为固体粒子质量，为单个粒子加速度，为流体速度，为颗粒速度，
ρ
为流体密度，
ρ
p
为颗粒密度，为重力加速度，为颗粒直径，
μ
为流体分子黏度，
C
vm
为虚拟质量因子，
τ
t
为粒子松弛时间，
Re
为相对雷诺数，
C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种天然气弯管冲蚀磨损分析方法，其特征在于：包括，根据集输管网中弯管的实际尺寸，建立仿真弯管模型；所述仿真弯管模型包括无错边焊缝弯管模型
、
外错边焊缝弯管模型与内错边焊缝弯管模型；根据所述仿真弯管模型，结合欧拉
‑
拉格朗日方程，建立冲蚀预测模型；根据所述冲蚀预测模型，获取不同输运参数
、
弯管导向
、
焊缝错边高度以及颗粒入射角与弯管的冲蚀关系
。2.
如权利要求1所述的天然气弯管冲蚀磨损分析方法，其特征在于：所述建立仿真弯管模型包括，根据集输管网中弯管的实际尺寸，建立无错边焊缝弯管模型
、
外错边焊缝弯管模型
、
内错边焊缝弯管模型三种固定度数的弯管几何模型；弯管的摆置方式采取水平
‑
垂直向下方式，完成弯管其他参数仿真，所述其他参数包括管道内壁直径
、
弯头曲率半径
、
焊缝宽度
、
焊缝错边高度
、
弯管中截面个数以及不同截面对应的角度；通过
ICEM
对整个流域采用六面体网格划分，并设置边界层
。3.
如权利要求2所述的天然气弯管冲蚀磨损分析方法，其特征在于：所述结合欧拉
‑
拉格朗日方程，建立冲蚀预测模型包括，设气体不可压缩，并忽略温度的影响，采用稳态计算对流场进行仿真，其对应的控制方程为：程为：其中，
x
i
，
x
j
为流场中空间坐标；
u
i
，
u
j
为流体速度，
ρ
为流体密度，
p
为流场中的压力，
f
i
为所有外力合力，
μ
为分子黏性系数，
μ
t
为湍流黏性系数，由湍流模型决定；采用
RNGk
‑
ε
湍流模型，并通过重整化群理论推导得到，具体表达式为：湍流模型，并通过重整化群理论推导得到，具体表达式为：其中，
μ
eff
为有效粘度，
μ
eff
＝
μ
+
μ
t
，
G
k
、G
b
为湍流动能，
α
k
＝
α
ε
＝
1.39
，
ε
为湍流扩散项，
k
为湍动能，
C1ε
＝
1.42
，
C2ε
＝
1.68
，
C3ε
是可压缩流体计算中与浮力相关的系数，当流速与重力方向相同的流动
C3ε
＝1，当流速与重力方向垂直的流动时，
C3ε
＝0；湍流黏度
μ
t
＝
C
μ
ρ
k2/
ε
的系数
C
μ
＝
0.0845
，附加项
R
ε
为：其中，
η
＝
Sk/
ε
，
S
为应变率张量范数，
η0＝
4.38
β
＝
0.012。
4.
如权利要求3所述的天然气弯管冲蚀磨损分析方法，其特征在于：所述结合欧拉
‑
拉格朗日方程，建立冲蚀预测模型还包括，在
Lagrang...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭冬梅，甘沁霖，陶雨，段嘉仪，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：