管道增输器在天然气管道中的应用和实验

【摘要】： 管道增输器是针对当天然气(或水煤气)供气量充裕、输气压力稳定的条件下,满足终端用户用气量增大(人口增加或企业负荷量增大等)的需求而设计的,具有结构简单、无运动件、运行可靠,拆装简便的特点,在不改变管道直径和安设增压站的条件下,能显著提高管道的输气量。目前关于将壁面振动和脉冲射流相结合来提高管道输气量的研究报告非常少,本文在分析自激振荡脉冲射流理论和壁面振动减阻理论的基础上,论述了管道增输器提高输气量的机理:来流在碰撞壁处产生的压力扰动波,在诱发涡量脉动的同时,其与大结构涡环的径向分量同样会对沿流向方向的振荡腔壁面发生作用,引起壁面的振动;振荡腔是形成脉冲流的主要因素,气流经管道增输器后幅值压力增大而平均压力降低,在壁面振动和脉冲流的共同作用下输气量增大。 本文的主要研究内容和结论如下: ①分析了脉冲流和壁面振动两方面的因素对输气量的影响;得到了输气量Q与压力的平方差p1 2 ? p22的关系。 ②介绍了自激振荡脉冲射流发生的机理,产生条件和影响因素;在参考自激振荡脉冲射流喷嘴的设计基础上确定了管道增输器的结构尺寸。 ③建立了管道增输器的数学模型,采用Fluent软件对该模型进行了数值计算。计算结果表明:振荡腔内速度波动大且存在明显的主射流区域和大结构的涡环;在碰撞壁处产生的压力扰动波,在诱发涡量脉动的同时,其与大结构涡环的径向分量同样会对沿流向方向的振荡腔壁面发生作用,引起壁面的振动,计算结果与理论分析相吻合。 ④进行了对比性的现场试验,现场试验表明:装有管道增输器的输气系统的输气量与在相同输送条件下的常规系统相比提高20%以上,工作过程中发出约40分贝的哨鸣声,脉冲流效应显著。 【关键词】：管道增输器 壁面振动 自激振荡 输气量 数值模拟
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TU996.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 引言9-11
• 1.1.1 研究背景9-11
• 1.1.2 面临的问题11
• 1.2 天然气增输的研究概况11-14
• 1.2.1 国内外关于天然气增输的方法及特点11-14
• 1.2.2 管道增输器14
• 1.3 本课题的研究内容14-16
• 2 管道增输器提高输气量的机理16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 自激振荡脉冲射流的研究现状16-17
• 2.3 自激振荡脉冲射流对输气量的影响17-21
• 2.3.1 流体流动的阻力17-18
• 2.3.2 压降与输气量的关系18-21
• 2.4 壁面振动对输气量的影响21-23
• 2.4.1 边界层和壁面磨阻21-23
• 2.4.2 壁面振动23
• 2.5 管道增输器的结构与工作原理23-25
• 2.6 小结25-26
• 3 管道增输器脉冲射流的产生条件和设计参数选择26-43
• 3.1 引言26
• 3.2 自激振荡机理分析26-38
• 3.2.1 谐振腔内剪切流动稳定性分析27-31
• 3.2.2 Strouhal 数的计算31-33
• 3.2.3 扰动波的有效反馈条件33-34
• 3.2.4 旋涡—锥形碰撞壁34-38
• 3.3 管道增输器设计参数的选择38-42
• 3.3.1 自激振荡腔室的参数选择38-40
• 3.3.2 其他部分参数的选择40-42
• 3.4 小结42-43
• 4 管道增输器流场的数值计算分析43-51
• 4.1 前言43
• 4.2 CFD 特点及求解的步骤43-44
• 4.2.1 CFD 的特点43-44
• 4.2.2 求解器软件44
• 4.3 增输器的数值模拟计算44-50
• 4.4 小结50-51
• 5 实验与分析51-65
• 5.1 引言51
• 5.2 管道增输器现场试验51-58
• 5.2.1 试验装置51-52
• 5.2.2 实验方法52-53
• 5.2.3 现场工业试验特点及数据53-55
• 5.2.4 数据处理及分析55-57
• 5.2.5 振荡腔内流体压力测量及分析57-58
• 5.3 壁面振动的DNS 试验58-63
• 5.3.1 主要统计特性59-62
• 5.3.2 近壁湍流结构62-63
• 5.4 温度对天然气管道输气量的影响63-64
• 5.5 小结64-65
• 6 结论与展望65-67
• 6.1 结论65
• 6.2 存在问题65
• 6.3 展望与建议65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文71

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