Дослідження впливу геометричних параметрів відводів газо-прoводів на внутрішньотрубні ерозійні процеси

Abstract

Досліджено вплив діаметра, кута вигину та радіуса вигину відводів газопроводів на місцезнаходження та величину їх ерозійного зношування. Дослідження виконано CFD (Computational Fluid Dynamics) моделюванням зі застосуванням Лагранжевого підходу (модель DPM (Discrete Phase Model)) у програмному комплексі ANSYS Fluent R19.2 Academic. Математична модель руху суцільної фази базується на розв’язанні системи рівнянь Нав’є-Стокса, нерозривності замкнених двопараметричною k-ε моделлю турбулентності з відповідними початковими та граничними умовами. Траєкторії руху дисперсних фаз відстежувалися шляхом інтеграції рівняння сил, які діють на частинки. Моделювання ерозійного зношування відводів газопроводів виконувалось iз застосуванням рівняння Фінні. Дослідження виконані для п’яти різних зовнішніх діаметрів відводів газопроводу (89 мм, 219 мм, 530 мм, 1020 мм та 1420 мм). Кути вигину відводів складали 30°, 45°, 60° та 90°, а радіуси вигину DN, 1,5 DN, 2 DN, 2,5 DN та 3,5 DN. Суцільною фазою вибирався природний газ, дисперсною – пісок. Витрата дисперсної фази, швидкість руху дисперсної і суцільної фази на вході у відвід та тиск на виході кожного з модельованих відводів приймались однаковими. Результати моделювання були візуалізовані в постпроцесорі ANSYS Fluent побудовою полів швидкості ерозійного зношування на контурах відводів газопроводів. З візуалізованих результатів визначено, що найбільший вплив на місцезнаходження ерозійного зношування відводів газопроводів чинить радіус вигину відводу, а на величину ерозійного зношування – діаметр відводу. Встановлено вплив геометричних параметрів відводів на місцезнаходження поля їх максимального ерозійного зношування. Побудовано графічні залежності максимальної швидкості ерозійного зношування відводів газопроводів від їх геометричних параметрів.