射流对天然气管道冲击的数值模拟.pdf

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1、一dUIIll学术射流对天然气管道冲击的数值模拟中国石油西气东输管道公司甘陕管理处一谢立伟摘要：本文分析了管线在充压操作时，气体高速射流冲出时对管壁的冲击作用。文中采用分析以及数值模拟了管道充压时气流的跨音速流动过程。分析方法结合气体动力学和自由射流模型，计算射流的中击作用。数值模拟利用模拟了管线在冲压操作时的气体参数变化过程。研究表明：由于管线中射流前后管径相差很大，高速气流会减弱到管壁可承受的范围。前言：在长输天然气管道运行过程中，需在打开阀门的时，会形成激波等强间断解，同=~：2a'pv2yey要经常进行流程切换、设

2、备排污等作业，从而时在气体射流处会形成膨胀波。因此结合空气不可避免的需要进行管线放空、充压操作，由动力学和射流分析在不同背压下的气流冲击壁假设横截面经验关系式为于阀门自口后的巨大压差，管道内会出现激波等面的速度。v=【1一(】强间断流动[1]。管线在不同管道连接处会形成2．1．相关计算高速射流和膨胀波等复杂流动[23]。在操作过高压侧表压为8．0MPa，低压侧表压为Vm为到达管壁壁面横截面中心速度，整理程中，除因强剪切层产生的噪声污染外，高速OMPa，故背压pb=O．1iVIPa：总压p：8．1MPa：得：：3．28ro气

3、流射出时可能也对管壁造成强烈的冲刷，这詹。0．0125《0,5283(1)种高速气流可能对管道的壁厚和安全性造成威p其中∞Il6扩}I340鲫84k／~，％0,025mR—Im胁。对应于超音速流动[56]和射流冲击模拟假设060x5管段为管道l，0610X20待升压15m／s。[7]可采用计算流体力学(CFD)来进行求解。管段为管道2；气流在内径50mm的管道1处为从上述计算结果可知，气流从平压管线出但由于管线的连接和尺寸限制，给CFD的使用超临界状态，即管道1处ma=l。假设总压不变，El进入到气室后速度衰减的很快，到达

4、管壁时带来一定的困难。本文首先结合气体动力学和从管道l到输运管道空间2处，产生膨胀波，的速度已经很低了，因此对管道不会造成很大射流模型分析了在不同背压下，射流到达管壁气动函数的冲击。的速度变化过程。同时利用CFD模拟二维管道随着气流不断充满管道2，背压逐渐增大，的跨音速射流，分析了高速气流对管壁的影响。)寺(t+．t当气流到达临界条件时，气室压力为0．582．p*，1管道模型式中=，计算结果t35344。根据普无膨胀波，单纯自由空间射流选取西二线高陵分输压气站第一路组合式朗特～迈耶函数膨胀波的气流转折角度为60度分离器及其

5、进、出口阀之间管段为计算样本，(计算公式叫鸲1叫拍})。如图1，该段管容约为15m。平压管线为060x5的管道，进口阀上游压力设为8MPa，待平压管段起始压力为OMPa，假设平压阀开度100％：／剃零3自由射流流动管壁壁面横截面中心速度与射流核心速度比值关系。N＼；图2超临界状态F气体流动中，既次距离；：：，a为自由射流圆柱管面关于扩张角度的=个参数l：组合』℃分离器j平压臀线现场布盥气流射入管道2后以扩张角2d，打到壁面，该参数值2．分析模型和计算结果上，半径为lm，可将气流视为自由淹没射流。为0．08。由于图1管线中平

6、压管线直径相对于输气假设：射流中任一点的静压强等于周围气体的Po=声速：340m／s管道中直径相差较大。因此可以将之视为气体压强；射流的动力学特征为各截面上的动量相V=185．4m／自孔口、喷嘴向外喷射所形成的流动即气体射等(动量守恒)，以及各截面的半经验关系式Papvv41070Pa流。同时由于平压阀前后存在巨大的压力差，轴向速度关系式：当气室背压超过临界压力时，速度低于马MachineChina中国机械