[发明专利]一种基于比例研究的管道内颗粒沉积过程的新分析方法

摘要

本发明公开了一种基于比例研究的管道内颗粒沉积过程的新分析方法，包括如下步骤：（1）求解紊流流场基本特征；（2）求解径向脉动速度的出现频率；（3）求解脉动流体对颗粒的拖曳作用；（4）求解存在于管壁附近颗粒的比例；（5）求解管壁附近颗粒沉积管壁的比例；（6）求解紊流管流中颗粒沉积速率；（7）求解紊流管流中颗粒的穿过比例。本发明所公开基于比例研究的管道内颗粒沉积过程的新分析方法，通过分析颗粒群达到管壁的比例来计算颗粒群的沉积速率。基于离散相在紊流流场中的分布规律与响应，计算离散相处于管壁附近流场以及达到管壁的比例，进而计算所有离散相沉积管壁的速率。

主权项

1.一种基于比例研究的管道内颗粒沉积过程的新分析方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)求解紊流流场基本特征：紊流管道的雷诺数Re为：式中V_m为管流平均速度，D为管道直径，ρ_f为流体密度，μ_f为流体粘性；管道的摩阻系数f为：管流的摩阻流速v_*为：(2)求解径向脉动速度的出现频率：设脉动速度v′_r的出现频率为：其中e为自然常数；(3)求解脉动流体对颗粒的拖曳作用：颗粒在脉动流体中的运动方程为：式中，C_D为拖曳力系数，v_f为流体速度，v_p为颗粒速度，ρ_p为颗粒密度，μ_f为流体粘性，d_p为颗粒粒径，Re_p为颗粒雷诺数，则颗粒在脉动速度为v′_r的流体中，经过时间后，拖曳距离l_p为：(4)求解存在于管壁附近颗粒的比例：欲使颗粒在脉动流体的作用下到达管壁，则颗粒距管壁的距离应为拖曳距离l_p，则颗粒位于宽度为dl_p圆环中的比例η₁为：(5)求解管壁附近颗粒沉积管壁的比例：位于以上区域中的离散相在紊动作用下到达管壁的比例η₂为：η₂＝f(v′_r)dv′_r(6)求解紊流管流中颗粒沉积速率：设管道中离散相的输沙率为w_p，则颗粒沉积速率V_D为：式中△z为dl_p圆环中离散相撞击管壁的区域：式中z为管长；v′_rmin为驱使离散相撞击管壁的最小脉动速度：v′_rmax为驱使离散相撞击管壁的最大脉动速度：颗粒沉积速率的另一种表达方式为管壁处离散相的传输系数k，则：(7)求解紊流管流中颗粒的穿过比例：单位长度管道上颗粒的沉积比例q为：则输沙率的变化趋势为：由此可知经过管长为z的离散相通过比例η为：η＝e^‑qz。