基于FLUENT的压力管道内部流场分析

第 4 3卷第 6期 2 0 1 4年 6月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 4 3 N O 6 J u n e 2 01 4 基于 F L U E N T的压力管道内部流场分析 张 宇 栾江峰 张斯亮 辽宁石油化工大学 辽宁 抚顺 l 1 3 0 0 1 1 摘 要 针对压力管道 利用计算流体动力学软件 F L U E N T 对其内部流场进行了数值模拟 得到了管 道内部合理的压力场分布 通过对比三种不同直径的压力管道 得到了管道直径对其内部压力场影响的变化规 律 同时本文探索了温度对管道内部流场变化规律的影响 为今后压力管道的设计和使用提供了一定的借鉴作 用 关键词 压力管道 数值模拟 F L U E N T 中图分类号 T E 8 3 2 文献标 识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 4 0 6 1 1 0 6 0 3 An a l ys i s o n Fl o w Fi e l d i n Pr e s s ur e Pi pe l i ne Ba s e d o n FLUENT Z H A NG Y u L U A NJ i a n g f e n g Z H A NG S i l i a n g L i a o n i n g S h i h u a U n i v e r s i t y L i a o n i n g F u s h u n l 1 3 0 0 1 C h i n a Ab s t r a c t T h e fl o w fi e l d i n p r e s s u r e p i p e l i n e wa s n u me r i c a l l y s i mu l a t e d b y c o mp u t a t i o n a l fl u i d d y n a mi c s s o ft wa r e F L UE N a r e a s o n a b l e p r e s s u r e fie l d d i s t r i b u t i o n wa s o b t a i n e d By c o mp a r i n g p r e s s u r e fie l d d i s t r i b u t i o n s o f t h r e e d i ffe r e n t d i a me t e r p r e s s u r e p i p e l i n e s e ffe c t o f p i p e l i n e d i a me t e r o n t h e p r e s s u r e fie l d wa s o b t a i n e d At t h e s a me t i me i n fl u e n c e o f t e mp e r a t u r e o n t h e fl o w fi e l d i n t h e p i p e l i n e wa s i n v e s t i g a t e d wh i c h c o u l d p r o v i d e t h e r e f e r e n c e f o r u s e a n d d e s i g n o f p r e s s u r e p i p e l i n e s i n t h e f u t u r e Ke y wo r d s P r e s s u r e p i p e l i n e Nu me fic a l s i mu l a t i o n F L UE NT 压力管道的应用十分广泛 在石油 天然气运 输领域 中起着极其重要的作用 压力管道的壁厚与 选用材料 外界温度和其内部所受压力密切相关 长期以来对它的研究一直没有间断过 其 中大多数 是对 压力管道的裂纹扩散 和温度 差降 进行研 究 而本文针对管道直径的变化 试 图找出其对管 道内部的压力场变化的影响 并且进一步讨论了温 度对压力管道 内部压力场变化的影响 进而也影响 管道壁厚和材料的选择 随着有限元理论的发展和 C F D技术的进步 在国内外学者研究 的基础上 利用计算流体动力学软件 F L U E N T 采用 k s湍 流方程对管道 内部流场进行 了数值模拟 得到了合 理的结果 为大 口径压力管道的进一步优化提供了 一 定 的理论依据 1 计算模型 1 1 几何建模与网格划分 本文中压力管道直径 D d 其 中 d 7 2 0 mm 1 0 8 0 m m 1 4 4 0 m m 长度 L 1 2 8 0 0 m m 流体介质 选用燃料油 管内流动为湍流 在使用 G A M B I T 软 件划分网格时 采用 C o o p e r 网格划分方式 当D 1 0 8 0 m m时 网格总数为 6 8 4 8 9 4个 节点总数 1 7 9 1 7 0个 管道计算域三维 网格如图 1 所示 图 1 压力管道计算域网格划分示意图 Fi g 1 Pr e s s ur e pi pe l i ne c a l c ul a t i o n domai n me s h i ng d i a g r a m 1 2 计算方法 任何物质的流动都必须满足连续性方程 本文 主要研究燃料油在管道内部的流动特性 假设 它 可 以看作是不可压缩流动 故其在空间直角坐标系 下 的连续性方程为 0 1 a x 6 z 其中 V x 一速度矢量在 Y z方向的分量 管道 中液体的流动可 以近似为定常 不可压缩 流 本文 中燃料油在管道 内作湍流运动 采用标准 k s湍流方程来描述液体在压力管道 内的流动状 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 1 1 作者简介 张宇 1 9 8 6 一 男 辽宁铁岭人 硕士研究生 研究方向 从事化工过程机械技术工作 E m a i l y z h a n g 0 4 1 9 i 6 3 c o m 通讯作者 栾江峰 1 9 7 4 一 男 辽宁沈阳人 副教授 博士 研究方向 从事化工过程机械技术工作 E m a i l l j f d d 2 0 0 1 1 2 6 c o m 1 1 0 8 当 代 化 工 2 0 1 4年 6月 从图中可以看 出 随着初始温度的升高 管道 内部压力和速度都有减小的趋势 并且在温度从 2 5 到 4 0 的过程中 压力与速度都几乎不变 达 到了极小值 由此可知 温度只有在小于 2 5 时 对该直径的压力管道 内部流场影响明显 在温度大 于 2 5 时 几乎没有影 响 3 结 语 1 利用计算流体力学软件 F L U E N T 对压力 管道内部流场的变换规律进行了探索 随着管道直 径的增加 其内部压力有明显的减小趋势 当直径 大于 1 0 8 0 m m时 其内部压力不会进一步减小 有 利于减小管道壁的受压 而管道内部速度减小的不 明显 并且在管道直径为 1 0 8 0 m m以后 其内部速 度不受直径的影响 因此得 出结论 对于大口径压 力管道 其直径为 l 4 4 0 m m时最有利于液体流动 且管道壁受压力最小 2 管道 内部流场也会受到温度的影响 随着 温度的升高 管道内部压力和速度都有减小的趋势 但这种趋势不 明显 在温度大于 2 5 时 管道 内 部流场几乎没有受到影响 3 本文只对管道内部流场进行 了分析 在今 后的研究工作中 还要结合 A N A S Y A B A Q U S 等软 件对压力管道进行应力分析 以此对其进一步的研 究 参考文献 1 姚安林 胡益平 曾祥国 等 高压输气管道 内裂纹相互作用的有 限元数值分析 J 1 压力容器 2 0 1 1 2 8 3 2 8 3 2 2 李振林 姚孝庭 张永学 等 基于 F L U E N T 的高含硫天然气管 道泄漏扩散模拟 J 1 油气输运 2 0 0 8 2 7 5 3 8 4 1 3 王常斌 赵月 贾雪松 等 热油管道温度场的数值模拟 J I 管道 技术与设备 2 0 1 l 3 9 1 2 4 龙安厚 张帆 韩帅 基于 F L U E N T的海底输油管道停输温降数 值模拟lJ 1 科学技术与工程 2 0 1 l 1 1 3 4 8 4 7 4 8 4 7 6 5 张圆圆 利用 F L U E N T软件模拟计算含蜡原油管道的停输降温过 程l J 管道技术与设备 2 0 0 9 6 l 4 6 j Z h i h e Z h a o H J S F e r n a n d o N u me r i c a l s i mu l a t i o n o f S c o u r a r o u n d p ip e l i n e s u s i n g a n E u l e r E u l e r c o u p l e d t w o p h a s e m o d e l J E n v i r o n F l u i d Me c h 2 0 0 7 7 1 2 1 1 4 2 7 熊莉芳 林源 李世武 一 S 湍流模型及其在 F L U E N T软件中 的应用 J 工业加热 2 0 0 7 3 6 4 1 3 1 5 8 X u n b o L i n g l i n g Wa n g 2 D T u r b u l e n t J e t S t u d y B a s e d o n F l u e n t J ADVANCE S I N W AT ER AND HYDRAULI C E NGI NE ERI NG 2 0 0 9 2 6 0 8 6 1 3 9 姜小放 曾西京 司振鹏 F L U E N T技术在工业管道设计中的应用 J 化工设备与管道 2 0 0 9 4 6 5 4 6 4 8 l 0 王福军计 算流体动力学分析 c F D软件原理与应用I M 北京 清华 大学 出版社 2 0 0 4 I I 丁珏 翁培奋 复杂弯曲管道内流体流动特性的研究 D 北京 空气 动力学前言研究论文集 2 0 0 3 上接 第 1 1 0 5页 参考文献 1 石油 静态 和轻烃计 量标 准化技 术归 口单位编 石 油计量 表 G B T I 8 8 5 1 9 9 8 1 北京 中国标准出版社 1 9 9 9 2 石油静态和轻烃计量标准化技术归 1 3 单位编 石油计量表 产品部 分 G B I 1 9 8 5 1 9 9 8 专用 s 北京 中国标准出版社 1 9 9 9 3 陈晓东 程博琛 实现石油产品体积修正系数自动计算 的方法 J 1 科技创新与应用 2 0 1 2 1 4 1 3 4 史京军 基于 E X C E L环境下迭代法解析初探f J 电脑学习 2 0 0 8 1 2 6 3 6 5 李斌 E x c e l 2 0 1 0 应用大全 M 北京 机械工业出版社 2 0 1 0 三棵树挑起 民营企业第一股 重任 三棵树主营业务为建筑涂料 墙面涂料 木器涂料以及胶粘剂的研发 生产和销售 公司与嘉宝莉 美涂士等其他涂料 企业一直在争夺 民营涂料第一股 的位置 目前来看三棵树暂居上风 招股说明书显示 公司拟登陆上交所 拟采用新股 加老股转让的方式公开发行不超过 2 5 0 0万股 A股股票 其中老股转让数量不超过 1 0 0 0万股