【摘 要】
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非金属管道因为它的使用性能优异、安装及维修成本低的特点,逐渐被广泛应用于原油输送中。然而现阶段对非金属管道摩阻系数的工艺计算还处于探索阶段。因此,需要对非金属管道的摩阻系数进行研究,给工程计算提供指导。本文分金属管道以及三种不同型号的RTP非金属管道四种管道材质,三种实验介质,三种管径对非金属管道流动摩擦阻力系数进行了系统的研究。主要研究内容和结论如下:以增强热塑性塑料复合管道(简称RTP管道)为
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非金属管道因为它的使用性能优异、安装及维修成本低的特点,逐渐被广泛应用于原油输送中。然而现阶段对非金属管道摩阻系数的工艺计算还处于探索阶段。因此,需要对非金属管道的摩阻系数进行研究,给工程计算提供指导。本文分金属管道以及三种不同型号的RTP非金属管道四种管道材质,三种实验介质,三种管径对非金属管道流动摩擦阻力系数进行了系统的研究。主要研究内容和结论如下:以增强热塑性塑料复合管道(简称RTP管道)为研究对象,建立了水平RTP非金属管道流动摩擦阻力测试实验系统,并在实验室环境下对管内液体流速进行控制,使管内液体处于不同流态,进行水平RTP非金属管道摩阻测试实验,从而得出水和两种原油分别在不同管径的RTP管道及金属管道和三种不同材质的RTP非金属管道中的压降损失。根据实验得到的原始数据分别对层流和湍流状态下管流系统的摩阻系数进行计算,分别得到同种实验介质下不同管道的莫迪图,从而得到流体物性、管径及管壁材质这几个因素对摩阻系数的影响,并结合液体与管壁润湿性总结出润湿特性对摩阻系数的影响规律。基于以上研究成果,总结在管道内流动的摩阻系数与雷诺数和润湿角三者之间的变化关系,在层流摩擦阻力系数的计算公式以及布拉休斯公式的基础上建立湍流状态下包含管壁润湿特性的摩阻系数计算模型,并对模型进行回归误差分析和实验数据验证,从而筛选出最合适的摩擦阻力系数修正模型。最后结合表面滑移理论,分析靠近管道内壁面液体边层的受力,对润湿特性对摩阻系数的影响机理进行理论分析。研究结果表明:实验介质在管道中流动的摩擦阻力系数随实验介质表面张力的增大而增大。在不浸润的情况下,管道材质表面能越大,液体在管道内的摩擦阻力系数越大;在浸润的情况下,管道材质表面能越小,液体在管道内的摩擦阻力系数越大。而管道内径因影响相对粗糙度而对流动摩阻规律产生的间接影响的影响是可以忽略不计的。摩阻系数随雷诺数和润湿角整体变化趋势分别满足λ=f???R e1???和λ=h(co sθ),进而得到湍流状态下包含管壁润湿特性的摩阻系数最优计算模型并充分验证了该模型的可靠性。表面润湿性对管道摩阻系数的影响可以用界面的粘附力与液体内部的内聚力之间的大小关系来解释。当管道内流体的内聚力与其和管道表面的粘附力的差很小时,管道内的流体更容易粘附到管道表面,从而导致更大的摩擦损失。而在同种液体的情况下,当管道内流体的内聚力与其和管道表面的粘附力的差很大时,此时由于表面接触角很大,流体与管道表面的粘附力很小,与其他管道相比,壁上的一部分液体明显滑动,从而导致较小的摩擦阻力。
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