气液两相管道清管液塞头形状数值模拟与实验

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1、第43卷第4期当代化工V0]．43．N0．42014年4月ContemporaryChemicalIndustryApril，20I4气液两相管道清管液塞头形状数值模拟与实验李立婉，万宇飞(中国石油大学(北京)城市油气输配技术北京市重点实验室，油气管道输送安全国家工程实验室，北京102249)摘要：使用CFX软件对清管过程液塞头进行数值模拟，水和气体作为连续相，采用VOF方法计算及欧拉一欧拉类方法中的均相模型。模拟了管道中无液膜，以及不同厚度、不同流速液膜两种情况。并将CFX软件模拟结果与清管实验结果，文献中的

2、实验结果进行对比分析，模拟结果与实验结果和文献中的数据吻合较好。清管液塞头部的形状呈抛物线，管道中的液膜能够显著减小清管液塞的长度。关键词：两相流动；清管实验；CFX模拟；液塞头长度中图分类号：TQ018文献标识码：A文章编号：1671-0460(2014)04—0659—04NumericalSimulationandExperimentofPiggingLiquidSlugHeadShapeinGas-liquidTwo-phasePipelineLlLi．wan．WANYu：fei(NationalEng

3、ineeringLaboratoryforPipelineSafety，BeijingKeyLaboratoryofUrbanOilandGasDistributionTechnology，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249)Abstract：BasedonthesoftwareofCFX，numericalsimulationOfliquidslugheadinpiggingprogresswasconductedwithVOFmethodandhomogeneo

4、usmodelinEuler—Eulermethod．Waterandgaswereseenasthecontinuousphase．Twocasesofnoliquidmembraneandliquidmembranewithdifferentthicknessandvelocityweresimulated．Andthesimulationresult，piggingexperimentalresultandresultinliteraturewerecomparedandanalyzed．Theresul

5、tsshowthatthesimulationresultCanbeidenticaltoexperimentalresultandresultinliteraturewell；Piggingliquidslugheadislikeparabolicshape；Liquidmembranecansignificantlydecreasethepiggingliquidsluglength．Keywords：Two—phaseflow；Piggingexperiment；CFXsimulation；Liquids

6、lugheadlength在气液两相管道中，清管作业可以清除管道中的mm，长10m的三维管道。采用非结构网格，用软积液，提高管道输送能力，保障管道的流动安全。国件ICEM进行网格划分。内外学者对气液两相管道中的清管过程进行了大量1．3设置物性参数的实验与理论研究，但在研究中并未考虑清管液塞头域内流体为两相流，分别为水和25℃时的空的形状，液塞头的形状会影响清管液塞的长度以及阻气，标定了两种物质都为具有常数物理属．I生的物质，力，因此有必要对其进行研究。本研究使用CFD软热力学属性及传输属性中的相关参数均设定为件

7、建立清管模型，对不同入口液速下的流动过程进行CFX12．1系统默认值。模拟，分析清管过程，根据持液率随时间的变化情况1．4设置边界条件得到清管液塞头长度，并通过清管实验对软件模拟结(1)入口设为速度进口，来流速度方向与进口果进行验证，对清管模拟的理论完善、清管过程实验边垂直；入口湍流取值为中等湍流密度(5％)。分析以及现场清管操作指导具有较大意义。(2)出口条件设定为平均静态压强，取值为0Pa。1CFD模拟(3)采用无滑移壁面，以壁面函数法确定固壁1．1数值方法附近流动。假定实验中的水和气体都是连续相，采用欧1

8、．5设置初始条件拉一欧拉类方法中的均相模型进行计算，即两相间使用笛卡尔坐标系进行初始条件的设定，通过无质量传输和动量传输。湍流模型采用标准女一s方向加速度值的确定来定义管道倾斜度。初模型。始分两种情况，一种为空管进水，定义初始空气体1-2建模与网格划分积分数为1，水体积分数为O；另一种为初始管内有利用UG软件进行建模，模型结构为直径50液膜情形，使用CCL语言定义液膜厚度。收稿日期：2