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基于冲蚀-动网格耦合的绕丝筛管冲蚀过程数值模拟 被引量：8
1
作者 孙岩 楼一珊 +3 位作者 曹砚峰 文敏 翟晓鹏 赵轩康 《石油钻采工艺》 CAS 北大核心 2021年第2期160-169,238,共11页
砂砾对绕丝筛管的反复冲刷并造成筛管的筛网孔径变形等局部破坏,是最终造成绕丝筛管防砂失效的主要原因。对绕丝筛管冲蚀破坏的理论研究既要考虑筛管的质量损失,也要考虑筛网变形对绕丝筛管的防砂影响。基于冲蚀-动网格耦合理论,建立了... 砂砾对绕丝筛管的反复冲刷并造成筛管的筛网孔径变形等局部破坏,是最终造成绕丝筛管防砂失效的主要原因。对绕丝筛管冲蚀破坏的理论研究既要考虑筛管的质量损失,也要考虑筛网变形对绕丝筛管的防砂影响。基于冲蚀-动网格耦合理论,建立了CFD有限元模型,通过Mclaury磨损预测模型与Realizable k-ε湍流模型建立了绕丝筛管液-固两相流模型,分析防砂过程中砂砾对绕丝筛管的冲蚀进化影响。同时分析了流速、砂粒直径、含砂质量分数对筛管冲蚀磨损的影响规律。通过数值模拟结果和曲线拟合方法,建立了未堵塞工况下的冲蚀预测模型。研究发现:绕丝筛管冲蚀变形区域主要集中在绕丝下游一侧、绕丝正上方与基管孔周围,并随时间延长向外扩散,直观表示出绕丝筛管冲蚀破坏开始于何处;绕丝在冲蚀进化过程中,冲蚀变形量最高且随时间延长,与比冲蚀率呈负相关,与试验结果平均误差小于2%。在不考虑砂粒堵塞工况(粒径小于123μm)下,绕丝筛管冲蚀率随流体流速增加呈指数增大,随含砂质量分数及砂粒直径的增加呈线性增大。拟合出的计算公式与数值模拟数据基本一致。因此,基于冲蚀-动网格耦合的冲蚀数值计算结果对绕丝筛管的寿命预测具有参考意义。 展开更多
关键词 油气井防砂 绕丝筛管 寿命预测 冲蚀进化 冲蚀-动网格耦合 比冲蚀率
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基于冲蚀流动与动网格耦合的弯管磨损量化研究
2
作者 陈梦 淡娟君 +4 位作者 郭鹏程 张浩 孙龙刚 刘磊 孙帅辉 《水电能源科学》 北大核心 2025年第4期203-207,共5页
长期输送含沙流体的管道因泥沙颗粒冲蚀而导致局部变形、坑蚀甚至裂纹,影响系统运行安全。为量化分析管道磨损深度变化,采用冲蚀-动网格耦合方法,通过数值研究分析90°弯管在运行1、20、40、60 h后的冲蚀变形量。该方法利用自适应... 长期输送含沙流体的管道因泥沙颗粒冲蚀而导致局部变形、坑蚀甚至裂纹,影响系统运行安全。为量化分析管道磨损深度变化,采用冲蚀-动网格耦合方法,通过数值研究分析90°弯管在运行1、20、40、60 h后的冲蚀变形量。该方法利用自适应时间步长内的壁面冲蚀率更新网格位置,从而更精确地量化磨损变形。结果显示,随着时间增加,最大冲蚀率和最大冲蚀深度呈非线性增长。每延长20 h,最大冲蚀深度增加约1 mm,壁面最大冲蚀率缓慢增长,但高冲蚀率区迅速向下游转移。冲蚀60 h后,壁面最大冲蚀率增加1.5倍,最强冲蚀位置向下游偏移8°。此外,弯管最大磨损深度及其位置受颗粒运动速度和撞击角度的影响较大,而受颗粒堆积率的影响较小。研究结果可定量预测壁面的渐进磨损特性,并为管道磨损量化分析提供基础。 展开更多
关键词 冲蚀-动网格耦合 冲蚀深度 冲蚀率 量化分析
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基于冲蚀-动网格耦合的混流式水轮机泥沙磨损演化特性研究 被引量：2
3
作者 黄剑峰 姚激 张蕾蕾 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2024年第2期234-243,共10页
含沙水流条件下,水轮机内泥沙颗粒与湍流两相介质相互作用时,泥沙冲蚀动态过程会磨损水轮机过流部件壁面,进而影响水轮机水力性能及运行安全。采用离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)中的冲蚀-动网格耦合模型,该文数值模拟了混流式... 含沙水流条件下,水轮机内泥沙颗粒与湍流两相介质相互作用时,泥沙冲蚀动态过程会磨损水轮机过流部件壁面,进而影响水轮机水力性能及运行安全。采用离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)中的冲蚀-动网格耦合模型,该文数值模拟了混流式水轮机全流道泥沙颗粒冲蚀磨损演化过程,对比了单相及固液两相流工况下的湍流场特性,分析了不同泥沙质量流率与泥沙颗粒形状对于导水机构与转轮的磨损部位、冲蚀变形量以及磨损率随冲蚀时间变化的影响。结果表明:泥沙注入后,尾水管内整体流态有所改善,湍流紊乱程度被明显削弱,相比于清水工况,注入泥沙可减小84%~90%转轮湍动能;座环鼻端及临近固定导叶前缘的上下两端出现的蚀痕以变形磨损为主,活动导叶迎水面头部发生切削磨损,转轮叶片进水边靠近下环处则呈现出明显的冲蚀磨损;活动导叶冲蚀变形量大于固定导叶,转轮叶片工作面磨损率显著高于背面;泥沙质量流率增加,导叶和转轮叶片的冲蚀变形量与磨损率成倍增大,磨损率表现出脉动特性;活动导叶和转轮叶片工作面冲蚀24h后,非球形颗粒冲蚀变形量均大于球形颗粒。该研究可为多泥沙河流中水力机组的维护检修和安全稳定运行提供理论依据和参考。 展开更多
关键词 混流式水轮机 离散相 冲蚀-动网格耦合 泥沙磨损 数值模拟
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