《深水條件下環狀流管道內沙粒侵蝕的機率分析》是依託中國海洋大學，由張日擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：深水條件下環狀流管道內沙粒侵蝕的機率分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張日
- 依託單位：中國海洋大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
深水環境下環狀流管道內沙粒侵蝕的機理與特性研究，可作為南海油氣開發的一項重要的技術儲備。現有的侵蝕模型無法反應受侵蝕部件內真實的多相流形態以及沙粒運動規律，因此在預測精度與機理闡述方面均需改善。本項目以模型實驗為基礎，通過跟蹤單個液滴的隨機性運動研究受侵蝕部件中的環狀流流型，通過跟蹤單個沙粒的隨機性運動表征大規模沙粒在兩相流場中的分布規律與運動特性，基於單個沙粒撞擊管壁造成沖蝕的機率分布計算大規模沙粒的整體破壞效果，從而建立環狀流管道內沙粒侵蝕的機率模型。與國際上同類研究相比，本研究在模擬特定管道部件中多相流流型、跟蹤湍流場中離散相運動規律以及分析沙粒群侵蝕破壞的整體效果方面具有顯著特色。全面開展環狀流管道內沙粒侵蝕研究，對於提升國內海洋油氣開發水平以及相關學科的理論進展具有重要意義。
結題摘要
環狀流是深海油氣輸送管線中的常見流型，管線中的固體顆粒侵蝕可能引發造成嚴重的生產事故。本項目基於機率分析研究了深海油氣管道中氣液環狀流中的固體顆粒侵蝕。環狀流氣芯區隨機出現各種尺度渦旋；渦旋掃掠液膜區隨機產生各種粒徑液滴，在此過程中液滴生成；渦旋攜帶氣芯區各種尺度液滴返回液膜區，在此過程中液滴消亡；基於液滴在生滅過程中的動態平衡，建立液相循環方程；氣相兩相間切應力分解為拖曳力與摩擦力，建立相間動力方程；結合質量、動量守恆方程，建立環狀流機率模型。流體微團經過彎頭後，同時滿足角動量守恆關係與質量守恆關係，推導出彎頭流場中軸向速度的近似分布；顆粒在彎頭中軸向與徑向同時受到流體作用，當流體對顆粒拖曳效果較為明顯時，可以對顆粒軌跡方程進行簡化，結果展示相應顆粒軌跡為阿基米德曲線。顆粒撞擊管材發生反彈，這一過程包含顆粒撞擊理想平面發生速度衰減，與壁面起伏導致顆粒隨機反彈；使用軟球模型研究顆粒碰撞理想平面後發生的速度衰減，使用粗糙壁面模型研究壁面起伏導致入射角的隨機變化；新模型組合套用於固體顆粒侵蝕數值分析，彎頭外側侵蝕剖面呈蛋狀，比傳統經驗公式更為精確。基於環狀流機率模型、單相流場中固體顆粒侵蝕模型、顆粒撞擊反彈隨機模型，建立環狀流管道內顆粒侵蝕機率模型。顆粒在多相流區域中運動，每前進一步以一定的機率進入氣相或液相，機率為局部區域物相體積比例；顆粒做相間運動時受液體表面張力影響，從液相進入氣相時速度減少，從氣相進入液相時速度增加；基於顆粒運動軌跡即可求解環狀流管道內固體顆粒侵蝕。依託本項目，發表SCI論文4篇，EI論文1篇，申請發明專利2項，軟體著作權2項，培養研究生5名。
