亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于CFD的管匯閥門(mén)抗氣蝕數(shù)值模擬研究

        2024-01-16 10:17:00尚照輝
        河南科技 2023年23期
        關(guān)鍵詞:管匯聲壓級(jí)空化

        尚照輝

        (1.河南《創(chuàng)新科技》雜志社,河南 鄭州 450000;2.浙江大學(xué)建筑與工程學(xué)院,浙江 杭州 310058)

        0 引言

        海底管匯是把采油系統(tǒng)進(jìn)行集成,形成集中的海底管匯切換控制系統(tǒng),相當(dāng)于海底油氣采集轉(zhuǎn)運(yùn)控制中心[1],是一種高價(jià)值深水水下生產(chǎn)系統(tǒng),其主要系統(tǒng)和部件具有投資成本高,恢復(fù)、修理和更換故障設(shè)備復(fù)雜,費(fèi)用高等顯著特點(diǎn)[2]。油氣采集轉(zhuǎn)運(yùn)控制系統(tǒng)、管匯系統(tǒng)的關(guān)鍵部件為各式各樣的閥門(mén),這些閥門(mén)分布在管匯系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)中,并通過(guò)控制不同子系統(tǒng)進(jìn)行分工合作,在整個(gè)管匯系統(tǒng)中,閥門(mén)起到控制、分流、運(yùn)輸?shù)裙δ堋iy門(mén)的結(jié)構(gòu)可靠性和精準(zhǔn)性是保證深水石油開(kāi)采的兩大關(guān)鍵因素,因此,有必要對(duì)閥門(mén)部件進(jìn)行可靠性分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、數(shù)值模擬和性能分析,從而有效降低閥門(mén)使用風(fēng)險(xiǎn),并提高閥門(mén)使用壽命。

        郝露菡等[3]基于FTA 法對(duì)某增量式數(shù)字閥可靠性進(jìn)行研究,指出閥門(mén)卡?,F(xiàn)象會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)會(huì)造成重大損傷,提高閥芯可靠性意義重大。張任良等[4]通過(guò)對(duì)氣-液界面親水微通道減阻特性的影響進(jìn)行研究,指出在宏觀條件下,機(jī)構(gòu)表面越光滑,流體流動(dòng)阻力越小。王儲(chǔ)等[5]對(duì)消防水炮射流軌跡理論模型進(jìn)行研究,建立了同時(shí)考慮截面積修正系數(shù)和角加速度修正系數(shù)的空氣阻力模型,對(duì)流體阻力的研究有一定的指導(dǎo)意義。陳海宏等[6]基于FLUENT 仿真模擬軟件,研究造成分流型管匯偏流的主要原因。謝云杰等[7]基于CFD數(shù)值模擬對(duì)匯管出口流量分配對(duì)下游孔板流量計(jì)計(jì)量影響進(jìn)行研究,結(jié)果表明,CFD 數(shù)值模擬可以有效獲得孔板流量計(jì)內(nèi)部的流場(chǎng)分布情況,并可根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。

        綜上所述,由于管匯系統(tǒng)由大量閥門(mén)和管路組成,閥門(mén)是其效能的關(guān)鍵部件,因此,提高關(guān)鍵部件的可靠性十分重要。將可靠性設(shè)計(jì)融入閥門(mén)設(shè)計(jì)中,通過(guò)優(yōu)化閥芯結(jié)構(gòu),采用先進(jìn)的數(shù)值模擬方法計(jì)算,并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,從而不斷完善優(yōu)化路徑,提高初始空化值。同時(shí)降低外部聲壓級(jí),能有效改善閥門(mén)內(nèi)部的流動(dòng)特性,使內(nèi)部流場(chǎng)變得均勻而穩(wěn)定,從而有效抑制空化現(xiàn)象,提高閥門(mén)可靠性。

        1 閥門(mén)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

        閥門(mén)可靠性分析是在收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析失效機(jī)理和失效模式基礎(chǔ)上進(jìn)行的。Burmeister等[8]將閥門(mén)失效的原因歸結(jié)為17種,主要失效形式有振動(dòng)和噪聲、夾緊停滯、泄漏、閥門(mén)工作壓力波動(dòng)、閥體破裂等。

        在這些失效模式中,振動(dòng)和噪聲是影響閥門(mén)可靠性的重要因素。閥門(mén)產(chǎn)生振動(dòng)的原因有以下4個(gè):①介質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng),使管道固定底座和閥門(mén)發(fā)生劇烈振動(dòng),從而導(dǎo)致閥門(mén)發(fā)生相應(yīng)振動(dòng);②由于閥體內(nèi)腔線性設(shè)計(jì)不良,導(dǎo)致介質(zhì)流動(dòng)不穩(wěn)定時(shí)發(fā)生振動(dòng);③當(dāng)介質(zhì)流與閥門(mén)相互作用引起振動(dòng)時(shí),閥門(mén)過(guò)度節(jié)流導(dǎo)致渦流;④彈簧剛度過(guò)大或不足等也會(huì)引起振動(dòng)。

        由于這些因素與閥門(mén)設(shè)計(jì)、制造、使用等密切相關(guān),決定了閥門(mén)的固有可靠性,而其他階段只是盡可能地保持設(shè)計(jì)的固有可靠性。因此,為了提高閥門(mén)的可靠性,需從可靠性設(shè)計(jì)著手來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì),建立海底集管的故障樹(shù)結(jié)構(gòu),提高故障樹(shù)分析效率,識(shí)別集管系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),優(yōu)化關(guān)鍵部件,降低風(fēng)險(xiǎn),提高系統(tǒng)使用壽命。

        2 基于CFD的數(shù)值模擬分析

        2.1 控制方程

        流體流動(dòng)受物理守恒定律支配?;镜氖睾愣砂ㄙ|(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。

        質(zhì)量守恒方程見(jiàn)式(1)。

        動(dòng)量守恒方程見(jiàn)式(2)。

        能量守恒方程見(jiàn)式(3)。

        球閥內(nèi)部流場(chǎng)為不可壓縮的三維黏性流,流體介質(zhì)為室溫20 ℃的水?;诓豢蓧旱睦字Z平均方程組求解,采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程紊流模型構(gòu)建封閉方程組。兩種模型均采用二階迎風(fēng)格式離散,離散方程組的求解采用壓力耦合方程組的半隱式方法(SIMPLE算法)。

        2.2 邊界條件

        閥門(mén)數(shù)值模擬參數(shù)和工作參數(shù)見(jiàn)表1。模擬流道區(qū)域的入口位置為閥門(mén)公稱直徑的5 倍,出口位置為閥門(mén)公稱直徑的10 倍。采用結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有限體積法相結(jié)合的離散控制方程,自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)模擬流場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整,使模擬流場(chǎng)精確網(wǎng)格總數(shù)大約為1.5×106個(gè)。

        表1 閥門(mén)模擬參數(shù)

        設(shè)定入口邊界條件為速度入口,給定管道入口速度為0.25~6.00 m/s,共有23種不同流量,其間隔等差值為0.25 m/s。設(shè)定出口邊界條件為壓力出口,其值為0.1 MPa。計(jì)算時(shí)忽略重力對(duì)流場(chǎng)的影響。球閥的啟閉屬軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),其開(kāi)度為φ,取值為10°~90°,間隔值為10°。

        2.3 結(jié)構(gòu)模型

        閥芯結(jié)構(gòu)如圖1所示,有三種類型:①閥芯A為普通閥芯,具有圓柱形流道;②閥芯B 為過(guò)渡型閥芯,弧形導(dǎo)流面結(jié)構(gòu);③閥芯C 為改進(jìn)型閥芯,梳齒導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)。

        圖1 三種不同結(jié)構(gòu)的閥芯

        閥門(mén)內(nèi)部流道的截面如圖2 所示,分別為x-截面、y-截面和沿流道中心線的c-截面。以閥門(mén)內(nèi)部流道的截面來(lái)對(duì)其流動(dòng)特性進(jìn)行分析,從而反映流體在閥門(mén)內(nèi)部流道的流動(dòng)狀態(tài)。

        圖2 閥門(mén)內(nèi)部流場(chǎng)的三維截面

        3 閥門(mén)數(shù)值模擬分析

        3.1 閥門(mén)內(nèi)部流場(chǎng)分析

        本研究選取流速為3 m/s、開(kāi)度在10°之間、流道內(nèi)部變化較為明顯的云圖進(jìn)行分析。閥門(mén)內(nèi)部流場(chǎng)的CFD 模擬結(jié)果如圖3 至圖5 所示,其中,A、B、C 為閥門(mén)類型,x、y、z為閥門(mén)截面,數(shù)字為開(kāi)度φ值。

        圖3 流速為3 m/s下閥門(mén)內(nèi)部流道x-截面的流場(chǎng)云圖

        圖4 流速為3 m/s下閥門(mén)內(nèi)部流道y-截面的流場(chǎng)云圖

        圖5 流速為3 m/s下閥門(mén)內(nèi)部流道c-截面的流場(chǎng)云圖

        從流場(chǎng)云圖中可以看出,在相同流速、不同開(kāi)度工況下,A 型閥門(mén)中存在低壓回流區(qū),并伴有大面積漩渦,表明流體的流動(dòng)狀態(tài)變化比較劇烈,高、低壓過(guò)渡區(qū)不均勻。B 型閥門(mén)在小開(kāi)度時(shí)存在高壓和低壓區(qū),出現(xiàn)較大的漩渦區(qū)域,但隨著開(kāi)度的增大,該現(xiàn)象逐漸減弱。C 型閥門(mén)基本上不存在漩渦區(qū)域,沒(méi)有明顯回流區(qū),流線比較均勻,說(shuō)明介質(zhì)流動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)比分析可知:結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的閥芯的內(nèi)壓力分布比較均勻,旋渦區(qū)域減小,甚至消失,流體在閥門(mén)內(nèi)部的流動(dòng)特性明顯改善。

        3.2 閥芯內(nèi)部流動(dòng)特性分析

        管道內(nèi)紊流或閥門(mén)內(nèi)部流體空化現(xiàn)象均會(huì)產(chǎn)生噪聲。通過(guò)測(cè)量液體動(dòng)力流流經(jīng)球閥產(chǎn)生的噪聲及球閥下游和管道外部噪聲級(jí)來(lái)預(yù)測(cè)空化現(xiàn)象。該方法中的重要參數(shù)有差壓比xF、特性壓差比xFz、修正特性壓差比xFzp1和外部聲壓級(jí)LpAe。其中,xFz可有效評(píng)估閥門(mén)由紊流狀態(tài)到空化狀態(tài)時(shí)的初始值,是確定閥門(mén)產(chǎn)生噪聲的關(guān)鍵參數(shù),并以此確定閥門(mén)內(nèi)部出現(xiàn)空化的狀態(tài),流體壓差比xF和壓差(P1-P2)、進(jìn)口壓力P1、出口壓力P2及飽和蒸汽壓力Pv,函數(shù)關(guān)系見(jiàn)式(4)到式(6)。

        式(5)中進(jìn)口壓力為6×105Pa,如果需要進(jìn)口壓力,可根據(jù)式(6)對(duì)xFz值進(jìn)行修正。

        式中:N34為常數(shù),其值表示流量系數(shù)(Kv或Cv);Kv取值為1;Cv取值為1.17;Fd為閥門(mén)類型修正系數(shù)(無(wú)量綱);FL為無(wú)附接管件控制閥的液體壓力恢復(fù)系數(shù)(無(wú)量綱)。

        當(dāng)xF、xFzp1和?p=(p1-p2)的數(shù)值確定后,可作為紊流狀態(tài)和空化狀態(tài)的判別條件。

        紊流狀態(tài)為?p≤xFzp1(p1-pv),即xF≤xFzp1。此時(shí),外部聲壓級(jí)見(jiàn)式(7)。

        空化狀態(tài)為?p>xFzp1(p1-pv),即xFzp1

        式中:Lpi為內(nèi)部聲壓級(jí);TLcav為空化條件下的傳播損失;TLturb是紊流條件的傳播損失。外聲壓級(jí)LpAe位于出口位置距離下游壁面1 m處的平面上。

        在得到xF與LpAe的函數(shù)關(guān)系曲線后,采用確定xFz法能確定閥門(mén)空化現(xiàn)象和xFz初始空化值。該方法的理論計(jì)算值xFz與實(shí)際試驗(yàn)值基本一致,便于在選型計(jì)算中確定閥門(mén)是否發(fā)生空化,即閥門(mén)中xFz的值較高的情況,能更有效地降低閥門(mén)空化氣蝕現(xiàn)象。

        通過(guò)CFD 模擬結(jié)果,可以獲得xF和LpAe之間的關(guān)系如圖6 所示,C 面的二維顯示如圖7 所示。由圖可知,三種不同結(jié)構(gòu)的閥芯,以xF為參數(shù)確定的LpAe曲線基本相同,xFz值基本上位于同一點(diǎn)。

        圖6 Qm、xF和LpAe三者之間關(guān)系曲線

        圖7 基于xF的外部聲壓級(jí)LpAe曲線

        三種閥芯構(gòu)型的數(shù)值模擬結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),在開(kāi)度φ 為45°、閥門(mén)為初始空化(xFz值)時(shí),優(yōu)化后的C 型閥門(mén)的xFz值比較大,外部聲壓級(jí)LpAe明顯降低。C型閥芯的外部聲壓級(jí)LpAe值較A 型閥門(mén)有著顯著降低,降幅為27.69%。C 型閥芯的初始空化值xFz為0.36,比A 型閥芯有效提高了0.09,比B 型閥芯提高了0.03。結(jié)果表明,改進(jìn)后的閥芯對(duì)降低氣蝕具有良好的改善效果。

        表2 開(kāi)度φ為45°時(shí)不同流速下xFz值及LpAe誤差

        4 結(jié)論

        通過(guò)海底管匯系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與數(shù)值模擬分析,結(jié)合氣蝕預(yù)測(cè)理論對(duì)其進(jìn)行分析,得到以下結(jié)論。

        ①將先進(jìn)設(shè)計(jì)手段和技術(shù)應(yīng)用到閥門(mén)的設(shè)計(jì)當(dāng)中的同時(shí),可靠性設(shè)計(jì)的理念必須融入閥門(mén)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,而閥門(mén)可靠性的提高應(yīng)從優(yōu)化設(shè)計(jì)開(kāi)始。

        ②通過(guò)閥芯結(jié)構(gòu)優(yōu)化,采用CFD 數(shù)值模擬和理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,初始空化(xFz)值有所提高。

        ③外部聲壓級(jí)(LpAe)降低,閥門(mén)內(nèi)部的流動(dòng)特性得到有效改善,內(nèi)部流場(chǎng)變得均勻而穩(wěn)定,有效地抑制空化現(xiàn)象的產(chǎn)生,提高閥門(mén)的可靠性。

        研究分析發(fā)現(xiàn),壓差比方法對(duì)閥門(mén)氣蝕現(xiàn)象的評(píng)估非常有效,但存在一些缺陷,理論上不能敏銳地區(qū)分相同公稱直徑下不同閥芯結(jié)構(gòu)的內(nèi)部流動(dòng)特性。因此,需要考慮流量(Qm)及流速(v)等其他因素,才能更好地反映閥門(mén)內(nèi)部的流動(dòng)特性。

        猜你喜歡
        管匯聲壓級(jí)空化
        機(jī)器噪聲平均聲壓級(jí)計(jì)算方法差異性實(shí)證研究
        功率超聲作用下鋼液中空化泡尺寸的演變特性
        鋼鐵釩鈦(2023年5期)2023-11-17 08:48:34
        基于模糊綜合評(píng)價(jià)的水下管匯結(jié)構(gòu)可靠性分析*
        一種計(jì)算消聲室聲壓級(jí)的新方法
        全新DXR mkll有源揚(yáng)聲器
        演藝科技(2019年4期)2019-03-30 03:21:46
        三維扭曲水翼空化現(xiàn)象CFD模擬
        拋錨撞擊水下管匯的數(shù)值模擬研究
        海洋工程(2016年4期)2016-10-12 03:21:26
        不同運(yùn)動(dòng)形式下水物相互作用空化數(shù)值模擬
        番禺35-1/35-2氣田水下管匯嵌入式在線安裝方案設(shè)計(jì)及建造關(guān)鍵技術(shù)
        Diodes1.9W D類音頻放大器提供高聲壓級(jí)水平并延長(zhǎng)電池壽命
        久久久久99人妻一区二区三区| 国产女主播在线免费观看| 人妻精品久久久一区二区| 日本人妻精品有码字幕| 无码一区二区三区| 国产成人亚洲综合色婷婷| 久久久久国色av∨免费看| 欧洲无码一级毛片无遮挡| 久久精品国产亚洲不卡| 国产精品午夜夜伦鲁鲁| 亚洲欧美日韩精品久久| 亚洲视频一区| 亚洲无码图| 国产白浆一区二区三区佳柔 | 狠狠色丁香婷婷久久综合2021 | 亚洲AV一二三四区四色婷婷| 女优免费中文字幕在线| 加勒比婷婷色综合久久| 成视频年人黄网站免费视频| 人妻av中文字幕无码专区| 国产高清a| 久久亚洲宅男天堂网址| 亚洲成av人片女在线观看| 久久国产精品99精品国产| 国产一起色一起爱| 久青青草视频手机在线免费观看| 亚洲国产日韩一区二区三区四区 | 色妺妺在线视频| 久久亚洲高清观看| 国内精品熟女一区二区| 亚洲精品久久区二区三区蜜桃臀| 国产婷婷色一区二区三区在线| 久久久久人妻一区精品色欧美| 久久精品无码专区免费青青| 天堂69亚洲精品中文字幕| 最新日本久久中文字幕| 十八禁视频在线观看免费无码无遮挡骂过 | 天天爽夜夜爱| 亚洲国产成人精品福利在线观看| 日韩精品精品一区二区三区| 大香蕉青青草视频在线|