流体管道冲蚀失效流固耦合数值模拟研究

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1、浙江理工大学硕士学位论文摘要随着流体管道传输的普及和运行工况的苛刻，管道失效引发的事故同趋严重，给企业生产、周边环境和公众安全带来了严重的负面影响。在《特种设备安全监察条例》等相关标准规范的影响下，国内外学者已在压力管道腐蚀与防腐等方面进行了大量的研究，但因管道系统失效形式多样，机理复杂，特别是在多相流动与腐蚀耦合作用下的冲蚀失效，已成为管道系统最为常见又难以预防的失效形式，至今仍缺少深入的冲蚀机理研究和失效过程的定量计算，难以实现在役管道系统的失效预测和预防。本文针对加氢空冷系统(简称REAC)出口管道的碳

2、钢弯管，在冲蚀失效机理研究的基础上，以腐蚀产物保护膜为研究对象，进行冲蚀过程的流固耦合数理建模，导出在ALE描述下的粘性流体Navier-Stokes方程和腐蚀产物保护膜固体区域的控制方程，得到保护膜流固耦合的界面位移和流体应力求解公式；运用HYSYS软件分析多相流物性参数，在保护膜特性理论分析的基础上，采用物理环境顺序耦合法进行结构离散和流固耦合数值模拟，得到REAC出口弯管冲蚀失效的定量计算；结合现场测厚数据验证ANSYS软件流固耦合数值模拟方法的可靠性；并进一步探讨了不同的流体流动特性、管道结构特性、保

3、护膜物理特性等对冲蚀失效的影响。研究结论可应用于腐蚀性多相流管道的冲蚀失效分析、结构优化设计、在役检测定位、寿命预测、风险评估等安全保障工程。本论文结合流固耦合理论，建立腐蚀产物保护膜的冲蚀失效流固耦合数理模型，实现冲蚀的定量计算，所形成的流体管道冲蚀预测方法具有一定的创新性。关键词：冲蚀腐蚀产物保护膜流固耦合数值模拟影响因素分析Numericalsimulationresearchonliquidpipingerosion—con?osionfailureusingthemethodoffluid．stru

4、ctureiIlteractionAbstractwiththeoperatingconditionsofthefluid—carryingpipesandtubesgettingn8rsher,theseriousaccidentscausedbypipelinefailurehappenedfrequently,1I)l棚che士fects锄terpriseproduction，surroundingenvironmentandpublicsafety．Undertheco丌elatlVenormativ

5、especification,suchas“RegulationsonSafetySupen五sionofSpecialEquipment”，thecorrosionandprotectionofpressurepipingisresearchedalot·ButtheinvalidpatternsofpipelinefailurearediversityandthemechanismiscompIeX·Particularly,thefailurescausedbyinteractionofcorrosio

6、nandmultiphasetJuldareextensive,whicharedifficulttoprevent．Uptonow，thein-depths砌vonerOslonmechanismandquantitativecalculationoffailureprocessarelaCk．Itisdifficulttoachievefailurepredictionandpreventionforin．servicepipelinesyStcIll．Inthjsdissertation，theerod

7、entproductsprotectingfilmareinvestigatedsubject，thecarbonsteelelbowbendpipethatoutletpipeofair-cooledsysternfREAC)wasstudybasedontheresearchoftheerosion．conDsionmechanism．Themathematicalmodeloffluid-structureinteractionwasestablished，theNavier-Stokesequatio

8、nofⅥsCOUSliquidandthecontrolequationoferodentproductsprotectingfilmsolldareawerepostulatedwithALE，theformulaofprotectingfilminte而cedlspIac锄锄tandthatoffluidstresseswereobtained．Thephysicalprop咖parameter