[发明专利]一种冰颗粒溶液管道清洗数值模拟结果的分析方法

说明书

本发明公开了一种冰颗粒溶液管道清洗数值模拟结果的分析方法。本发明所述的含有冰颗粒溶液管道清洗数值模拟结果的分析方法，包括对管道清洗数值模拟的模型验证、清洗管道过程中冰颗粒溶液的流态分析以及冰颗粒溶液清洗管道的剪切效果分析。本发明的分析方法使用范围广，可用于多种两相流流体清洗管道数值模拟，分析方法可靠性高、可参考性强，充分分析冰颗粒溶液在清洗管道过程中的冰颗粒浓度变化，以及在清洗管道过程中不同管段不同位置的剪切情况。

技术领域

本发明涉及数值模拟领域，具体涉及一种冰颗粒溶液管道清洗数值模拟结果 的分析方法。

背景技术

冰颗粒溶液清洗管道过程中，流体中的冰颗粒由于颗粒属性会发生上浮现象， 在流动过程中变成了一种非均质流体，不同管段局部的浓度场会发生变化，从而 使管道的清洗效果产生差异。目前的管道清洗数值模拟，集中于流体在管道出口 处的浓度分布和压降情况的分析，而忽略了流体在整个管道清管过程中的对颗粒 沉降或者上浮的流态行为分析以及流体对管壁剪切效果分析，无法揭示因固体颗 粒沉降或者上浮引起的流体非均质流动现象以及对管壁沿线剪切效果差异的现 象。同时目前的管道清洗数值模拟结果呈现方式多为出口处的静态彩色云图，缺 乏对数据的提炼分析，缺乏规范性与严谨性。

流体数值模拟方法在计算过程中保存了整个流动过程中各个流动时刻的流 动数据，可对计算数据进行提取分析，基于速度场、浓度场以及压降数据对数值 模拟的模型准确度进行验证，通过合成各个时刻的固相颗粒浓度数据分析在整个 流动过程中管道冰颗粒溶液的浓度场，基于浓度场以及流体在管壁处的剪切力分 布分析冰颗粒溶液的清管效果。

发明内容

本发明构建了一种冰颗粒溶液管道清洗数值模拟结果的分析方法，对数值模 拟的结果进行数据的提取与分析，通过对清洗管段冰颗粒溶液浓度场的分析深入 探究冰颗粒溶液对管道的剪切作用，更加全面评价管道清洗的效果。

本发明提供以下技术方案：一种冰颗粒溶液管道清洗数值模拟结果的分析方 法，包括以下步骤：

S1：验证冰颗粒溶液管道清洗数值模拟模型的准确性；

所述的验证冰颗粒溶液管道清洗数值模拟模型的准确性包括验证冰颗粒溶 液在管道流动的速度、浓度分布以及压降情况；

S2：冰颗粒溶液在清管过程中的固相浓度分析；

所述的冰颗粒溶液在清管过程中的冰颗粒浓度分析包括不同时刻冰颗粒的 体积分数分布分析、冰颗粒溶液在整个清管过程中的冰颗粒浓度分析、冰颗粒溶 液在整个清管过程中的固液两相分离情况分析以及冰颗粒溶液在整个清管过程 中的流态分析；

S3：冰颗粒溶液在清管过程中对管壁的剪切效果分析；

所述的冰颗粒溶液在清管过程中对管壁的剪切效果分析主要是管道不同位 置沿线剪切力分布情况分析。

进一步地，所述步骤S1中的验证冰颗粒溶液在管道流动的速度、浓度方法 为：

使用冰颗粒溶液在管道流动的作为验证所用的第一实验数据，在数值模拟的 计算数据中，提取清洗管段出口处中轴线上流体的速度以及固体颗粒相的浓度进 行模型验证；将管道出口处中轴线的位置y除以管径D进行归一化，y/D；以管 道出口处中轴线的速度作为横坐标，以y/D作为纵坐标绘图，并与所述第一实验 数据相比较；以管道出口处中轴线的固体颗粒相浓度作为横坐标，以y/D作为纵 坐标绘图，并与所述第一实验数据相比较；若出口处中轴线上的速度和固体颗粒 相浓度数据与所述第一实验数据误差在10％以内，则认为数值模拟的模型可以准 确模拟在管道流动的的速度、浓度情况。

进一步地，所述步骤S1中的验证冰颗粒溶液在管道流动的压降情况方法为：