论文部分内容阅读
柔性压力管道作为一种重要的流体输送工具,具有适用性强、安装快捷等特点,广泛应用于多种工程领域。随着柔性压力管道耐压等级与额定流量不断增大,当流体在弯曲的柔性压力管道内部流动时,由于强烈的耦合效应,管道易发生振动,并因长时间的耦合振动导致管道连接处发生脱扣断裂现象。由于管道结构刚度低,可变性强,当柔性压力管道发生脱扣断裂现象时,在管道流体的冲击作用下,会发生剧烈的的甩击运动,对管道周围的人和器材造成伤害,形成重大安全隐患。
本文针对柔性压力管道在脱扣断裂后发生的流固耦合甩击运动行为进行了数值模拟仿真研究。从流体力学和固体力学的基本方程出发,得到了柔性压力管道系统中流体和固体之间的耦合动力学理论,并利用ANSYSWorkbench平台对柔性压力管道脱扣后的甩击运动行为进行流固耦合动力学数值模拟计算,分析了柔性压力管道发生脱扣断裂后的甩击运动行为特点,总结了不同因素对柔性管道甩击运动的影响规律,得到了以下结论:
(1)柔性压力管道发生脱扣甩击时其运动具有很强的不确定性,变形位移和甩击速度空间分布没有明显规律。管道靠近脱扣处的自由段形变位移和甩击速度最大,对人员和设备危险性高,而靠近安全箍处的固定段等效应力最大,应变能高,材料容易发生疲劳破坏,造成二次危害。
(2)流体的流速和性质对柔性压力管道甩击运动行为有显著的影响。流体的流速和粘度都与管道最大变形位移、最大甩击速度等参数的高次方呈正相关,而流体密度则与其呈线性正相关。
(3)柔性压力管道的布设方式对甩击运动的影响是多方面的。在因素相对不变的条件下,柔性压力管道越长,弯曲半径越大,则管道的甩击运动越剧烈。而约束件的位置点对柔性压力管道的甩击运动影响较复杂,不同的约束点会引起管道自由段长度和弯曲半径的变化,约束点的影响需要综合这两个因素来考量。
基于上述的研究,本文针对柔性压力管道运行过程中发生的脱扣断裂甩击危害提出了合理的防范措施及管理建议,为工程应用中柔性压力管道的设计选择和安装提供依据。
本文针对柔性压力管道在脱扣断裂后发生的流固耦合甩击运动行为进行了数值模拟仿真研究。从流体力学和固体力学的基本方程出发,得到了柔性压力管道系统中流体和固体之间的耦合动力学理论,并利用ANSYSWorkbench平台对柔性压力管道脱扣后的甩击运动行为进行流固耦合动力学数值模拟计算,分析了柔性压力管道发生脱扣断裂后的甩击运动行为特点,总结了不同因素对柔性管道甩击运动的影响规律,得到了以下结论:
(1)柔性压力管道发生脱扣甩击时其运动具有很强的不确定性,变形位移和甩击速度空间分布没有明显规律。管道靠近脱扣处的自由段形变位移和甩击速度最大,对人员和设备危险性高,而靠近安全箍处的固定段等效应力最大,应变能高,材料容易发生疲劳破坏,造成二次危害。
(2)流体的流速和性质对柔性压力管道甩击运动行为有显著的影响。流体的流速和粘度都与管道最大变形位移、最大甩击速度等参数的高次方呈正相关,而流体密度则与其呈线性正相关。
(3)柔性压力管道的布设方式对甩击运动的影响是多方面的。在因素相对不变的条件下,柔性压力管道越长,弯曲半径越大,则管道的甩击运动越剧烈。而约束件的位置点对柔性压力管道的甩击运动影响较复杂,不同的约束点会引起管道自由段长度和弯曲半径的变化,约束点的影响需要综合这两个因素来考量。
基于上述的研究,本文针对柔性压力管道运行过程中发生的脱扣断裂甩击危害提出了合理的防范措施及管理建议,为工程应用中柔性压力管道的设计选择和安装提供依据。