60°T形弯头内二次流特征

作     者：王周 杜金柯 刘宏宇 职海杰 杨矞琦 李世颖 徐正超 张海鹏 郭继香 WANG Zhou;DU Jin-ke;LIU Hong-yu;ZHI Hai-jie;YANG Yu-qi;LI Shi-ying;XU Zheng-chao;ZHANG Hai-peng;GUO Ji-xiang

作者机构：中石化西北油田分公司采油四厂阿克苏842200 中国石油大学(北京)克拉玛依校区克拉玛依834000 中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院北京102249 

出 版 物：《科学技术与工程》 (Science Technology and Engineering)

年 卷 期：2023年第23卷第23期

页      面：9785-9793页

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(52174047) 克拉玛依市创新人才专项(20212022hjcxrc0013) 

主　　题：压力管道 T形弯头 PIV 二次流 迪恩涡 

摘      要：石油化工中普遍存在的T形弯头结构是诱发管路振动的重要因素,明晰弯头内流场特性,对于压力管道的长期稳定运行具有重要意义。设计并组装了模拟工业运行管路,观察段使用有机玻璃制作的60°T形弯头,采用三维粒子影像测速系统(particle image velocimetry,PIV)和压力传感器测量管路中流体的二次流特征。通过流线图和速度矢量图,对比分析不同流速下管道内涡流的分布和运移规律。结果表明,60°T形弯头中存在一对大小不等的周期性交替摆动的涡,在一个周期内出现、增加、减少和消失,具有卡曼涡街和迪恩涡旋的部分特征。这两个涡交替变化的频率随流速增加呈指数型增大,管内流体压力脉动的幅值也随流速增加而升高,但管道正面的涡流规律基本不变。采用重整化群(renormalization group,RNG)形式κ-ε湍流模型结合二次上游插值(QUICK)方法、压力-速度耦合方程(SIMPLE)模拟管道侧面二次流变化规律,模拟结果与实验数据吻合度较高。研究结果为明晰T形弯头内涡流诱发管道振动规律及预防措施优化提供了理论依据。