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低温冰水两相流局部管段磨损特性和阻力特性研究
| 论文题名： | 低温冰水两相流局部管段磨损特性和阻力特性研究 |
| 关键词： | 极地船舶;海水管道;冰水两相流;冲蚀磨损;摩擦阻力;安全性 |
| 摘要： | 极地船舶在冰区航行时，冰颗粒随着水流进入海水管道，会对海水管道形成冲蚀磨损，同时影响管道阻力，流速大会使整体能耗增加，流速小容易发生堵管现象。论文围绕管道冰水两相流磨损特性和阻力特性展开研究，旨在研究各因素对管道磨损和阻力特性的影响，预防管道泄漏和堵管现象，有利于提高船舶安全性，对极地船舶的制造和维护起到一定的理论意义。 论文主要工作如下： 1.低温冰水两相流局部管段磨损特性的研究。在忽略冰颗粒相变的前提下，考察冰水两相流对水平直管和90°弯管的冲刷磨损作用，利用Fluent建立拉格朗日离散模型和冲蚀磨损模型。根据数值计算结果，发现低温冰水两相流对管道的磨损主要集中在管道弯曲部分外侧和直管部分上侧，管道含沙水流磨损集中于管道的弯曲部分和直管部分下侧。水流速度、颗粒直径、颗粒体积浓度、冲蚀角度的增加会加强对管道的冲蚀磨损作用。各个因素对管道含沙水流和冰水两相流的冲刷磨损影响规律大致相同，但是对管道冰水两相流的影响相对较小。日常工作应注意加强管道弯曲部分外侧以及管道直管上侧的壁厚检查。 2.低温冰水两相流局部管段摩擦阻力的研究。在忽略冰粒相变的前提下，利用Fluent建立拉格朗日离散模型，完成了对水平管道摩阻系数的计算。计算结果表明固体颗粒与管道壁面的非弹性碰撞耗能对管道阻力损失影响很大。在计算范围内，随着流速的增加，管道冰水两相流的摩阻系数不断降低；随冰颗粒浓度分数、管壁粗糙度的增加，摩阻系数上升；这些因素对管道冰水两相流与含沙水流影响规律大致相同，但管道含沙水流的摩阻系数高于管道冰水两相流。 3.低温冰水两相流局部管段临界流速的研究。从拉格朗日离散模型和欧拉-欧拉模型两方面展开研究，首先采用拉格朗日方法计算管道摩阻，将管道摩阻最小处速度作为临界流速，由于摩阻变化规律不明显，无法得到准确的临界流速。采用欧拉-欧拉模型研究，验证了欧拉模型用于计算管道两相流的有效性，从管道两相流态变化来研究临界流速，观察到固液两相流态在悬浮流、动床流、静床流间的变化，确定了临界流速的范围，与文献中实验数据十分吻合。 |
| 作者： | 王飞显 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 邓义斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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