基于油气管道冲蚀泄漏的流体动力学仿真研究

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1、１０１１０ＴＮ９２单位代码：分类号：学号：Ｓ１５０７０８９ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔＯｆＣｈｉｎａｙ全日制工程硕士学位论文视觉显著性检测模型研究硕士研究生蒋睢校内指导教师戴１１德．校外指导教师＿＿ｉ｜＇：Ｗ－Ｗ＾Ｗｗｍ靳在领域控制工程．．２０１８年５月２３曰＇ｖ－Ｇ＇ｉ－？＾．？＊：．ｍｉｖ图书分类号TE832密级非密注1UDC621.6硕士学位论文基于油气管道冲蚀泄漏的流体动力学仿真研究崔子梓指导教师（姓名、职称）闫宏伟副教授申请学位级别工学硕士专业名称机械工程论

2、文提交日期2018年04月16日论文答辩日期2018年05月26日学位授予日期________年______月______日论文评阅人董志强原霞答辩委员会主席杨兆建2018年04月16日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类中北大学学位论文基于油气管道冲蚀泄漏的流体动力学仿真研究摘要近年来，我国管道运输业飞速发展，其在运输过程中由于冲蚀泄漏造成的管道破坏不仅严重污染了环境甚至还危及到人们的生活安全。基于此，本文研究油气管道中气固（含砂天然气）和液固（含砂石油）两种情况下的冲蚀现象，并对其进行流体动力学仿真分析，探究不同因素对冲蚀泄漏的影响规律，为有效预防管道冲蚀及解决管

3、道泄漏封堵等问题提供重要的理论依据。首先，本文在总结归纳现有冲蚀理论、预测方程、管道冲蚀影响因素及两类泄漏相关理论的基础上，结合本文研究的具体实例，初步选定适合本文的冲蚀方程和小孔泄漏理论；同时还确定了探究冲蚀泄漏的影响因素。其次，在相关理论研究的基础上，本文结合实际情况对冲蚀过程进行合理化假设，并针对不同影响因素分别建立弯管几何模型。在对上述模型进行网格划分时，从网格偏斜度、可接受比和正交质量三个方面对所划分的网格质量进行评价，并通过了网格无关性验证。另外，通过对油气管道中弯管的冲蚀特性进行CFD仿真研究，得出不同影响因素对弯管冲蚀的影响规律。管道直径、弯径比和弯曲角度

4、与最大冲蚀速率之间存在负相关关系；颗粒直径、质量流量和流体速度与最大冲蚀速率之间存在正相关关系。在此基础上，进一步对油气管道泄漏流场特性进行流固耦合分析。研究表明泄漏孔的面积与管内压力对泄漏流场特性的影响情况基本相同，且泄漏孔在45°位置时的泄漏量最大。最后，通过搭建实验平台及设计数据采集处理系统，利用相似原理对气体管道中的小孔泄漏现象进行实验。实验表明实验结果与仿真结果基本相符，从而证实了基于CFD方法研究管道泄漏问题具有工程实用性。关键词：油气管道，弯管，冲蚀泄漏，CFD，有限元法中北大学学位论文FluidDynamicsSimulationBasedonErosio

5、nLeakageofOilandGasPipelinesAbstractInrecentyears,therapiddevelopmentofChinesepipelinetransportationindustry,thepipelinedamage,causedbyerosionleakageduringtransportation,leadtoseriousenvironmentpollutionandendangertopeople'slives.Basedonthis,theerosionphenomenaofgas-solid(oil-bearingnatur

6、algas)andliquid-solid(oil-bearingoil)inoilandgaspipelinesarestudiedinthispaper.Thefluiddynamicssimulationanalysisisconductedtoexploretheinfluenceofdifferentfactorsonerosion.Thelawprovidesanimportanttheoreticalbasisforeffectivelypreventingpipelineerosionandsolvingproblemssuchaspipelineleak

7、ageandplugging.Firstofall,basedonthesummarizationofexistingerosiontheory,predictionequations,factorsaffectingpipelineerosion,andtwotypesofleakagerelatedtheories,combinedwiththespecificexamplesstudiedinthispaper,theerosionequationsandleakssuitableforthispaperareiniti