支管有/无泄漏的T型管道流体流动与传热的热波动研究
在石油化工、核电站等的管路系统中，T型管道是一种使用非常广泛的管道结构。T型结构管道常因管内流场的热波动而产生疲劳热应力，容易致使管道因热疲劳而产生失效现象，从而造成重大事故和经济损失。近几十年来，由热波动而导致的热疲劳，进而引发的核电站管道系统泄漏事故已多次发生，从而使得人们对T型管道内的热疲劳问题极为重视，并开展了众多研究，取得了一系列成果。
本课题采用大涡模拟（LargeEddySimulation-LES）湍流模型对T型管道内有/无泄漏时的流场情况进行数值模拟。在研究过程中，首先通过大涡模拟对T型管道中无泄漏时的流场热波动情况进行数值模拟，获得了T型管道内的瞬时流场和温度场，并将瞬时温度的数值模拟结果与文献中的实验结果进行了对比，发现二者具有较高的吻合度，从而验证了大涡模拟的准确性和可靠性，为T型管内有/无泄漏的的流动与传热大涡模拟奠定了坚实的理论基础。
在CFD数值模拟和实验验证的基础上，分别对有/无泄漏的弯管支管和直管支管的热波动进行了研究，并获得了T型管内的流场分布情况。研究表明:在T型管道有/无泄漏时，支管靠近主管的位置处都出现了漩涡现象。同时还发现，管道有/无泄漏，管道的泄漏量的不同，T型结构管道的不同等等，都会对管道内部的流场分布情况产生较大的影响。
研究管道热疲劳现象对石油化工、核电领域具有相当重要的意义。通过对管道设备热疲劳进行有效而及时的预测和评估能够有助于对工厂安全管理以及生命周期进行评价，有助于对管壁热疲劳进行预防、优化管道的安全设计，从而能够对管道在产生热疲劳破坏之前及时地采取措施，避免重大安全事故的发生。因此对核电设备的实时检测、预测和评估俨然已经成为了核电站安全运行的重要环节，故本课题的研究是具有重大的科学意义和实际意义。
T型管道;热波动;流体流动;大涡模拟湍流模型;数值模拟
北京化工大学
硕士
化工过程机械
卢涛
2012
中文
TK124
88
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）