T型三通管中冷热流体混合过程的大涡模拟
T型管道广泛应用于能源动力、石油化工等管路运输系统中，当两种不同温度的流体在T型管道混合时，会发生热波动现象，使得管道产生热应力，诱发管道热疲劳失效，容易造成重大事故。近几十年来，在核电站由热疲劳而引发的管道失效或泄漏之类的事故，使人们对T型管道内由于热波动造成的热疲劳问题极为重视。
本文通过计算流体力学（Computational fluid dynamics-CFD）方法，采用大涡模拟（Large Eddy Simulation-LES）湍流模型，对T型管道中冷热流体的混合过程进行模拟，数值观测到了T型管道内冷热流的混合过程产生热波动现象。并将模拟数据与前人所做的实验数据进行比较，验证了大涡模拟是一种可靠、经济的湍流模型和数值方法。
通过CFD模拟，能够准确预测管内的热波动，得到无量纲温度和速度的时均值和均方根值，分别反映某一位置流体的温度和速度在某一时间序列的平均值和偏离平均值的程度，并对温度波动进行了功率谱密度（Power Spectrum Density-PSD）分析，功率谱密度与波动频率之关系是热疲劳失效分析和管道使用寿命评估必不可少的基础性数据。
通过对不同雷诺数Re，不同理查德森数Ri工况的混合过程的大涡模拟，分析了雷诺数Re和理查德森数Ri对流体混合过程及其产生的热波动的影响。
最后对在T型管道混合段填充多孔介质的工况进行了数值模拟，并与没有填充多孔介质的工况进行了对比。数值结果表明，多孔介质能够有效降低热波动强度，从而能够有效降低T型管道遭受由于冷热流体混合过程热波动诱发热疲劳失效的风险。
T型三通管;热波动;大涡模拟;热疲劳失效;计算流体力学;多孔介质
北京化工大学
硕士
化工过程机械
卢涛
2009
中文
U173.2
63
2010-01-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）