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粗糙元诱导流向条纹增长过程的直接数值模拟

工程热物理学报 2013年第7期34卷 1283-1286页

作者：刘骁飞韦安阳罗坤樊建人戴瑞能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027

本文采用展向周期性布置圆柱形粗糙元的方式,直接数值模拟了平板表面流向条纹的增长过程。研究发现由于流向涡的"lift-up"效应,粗糙元下游区域出现高速条纹结构,而粗糙元的尾流对于条纹结构的初期形成有着重要影响。随着流动的不断发展... 详细信息

本文采用展向周期性布置圆柱形粗糙元的方式,直接数值模拟了平板表面流向条纹的增长过程。研究发现由于流向涡的"lift-up"效应,粗糙元下游区域出现高速条纹结构,而粗糙元的尾流对于条纹结构的初期形成有着重要影响。随着流动的不断发展,展向脉动速度分布有发展成为正弦曲线形式的趋势,而法向脉动速度峰值则呈先减小后增大的趋势。

关键词：粗糙元直接数值模拟流向条纹

渣油加氢空冷系统流动腐蚀风险预测及防控策略研究

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高校化学工程学报 2020年第4期34卷 1044-1052页

作者：刘骁飞龚程程金浩哲偶国富浙江理工大学流动腐蚀研究所浙江杭州310018

针对某石化企业I、II系列渣油加氢空冷系统,基于工艺过程的关联分析,采用逆序倒推法构建工艺仿真模型,阐明流动-传热-相变环境下铵盐结晶腐蚀和多相流冲蚀机理,确定将腐蚀因子Kp、流速、硫氢化铵(NH4HS)浓度等作为控制加氢空冷系统流动... 详细信息

针对某石化企业I、II系列渣油加氢空冷系统,基于工艺过程的关联分析,采用逆序倒推法构建工艺仿真模型,阐明流动-传热-相变环境下铵盐结晶腐蚀和多相流冲蚀机理,确定将腐蚀因子Kp、流速、硫氢化铵(NH4HS)浓度等作为控制加氢空冷系统流动腐蚀的关键参数群;针对构建的工艺仿真模型,实现流动腐蚀关键参数群的风险预测。结果表明:标况下,空冷器进口Kp<0.5,NH4HS浓度<4%,与美国石油协会932B(API932B)推荐的指标相比,多相流冲蚀风险相对较小。然而,I、II系列空冷器第6管排内管束的流速分别偏低36%和36.5%,存在一定的铵盐结晶腐蚀的风险。基于构建的流动腐蚀风险预测结果,建立了以加氢控制空冷系统管束内Kp、流速、NH4HS浓度等关键流动腐蚀影响参数的控制方法,提出降低注水量、减少管束根数的耐流动腐蚀防控策略;并以提升管束内流速、满足传热要求为目标函数,实现了传热效率校核。该方案在加氢空冷器流动腐蚀防控的基础上,为装置的优化运行和操作提供了重要数据支撑。

关键词：渣油加氢空冷器流动腐蚀预测方法防控策略

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粗糙壁面上湍流边界层的直接数值模拟

工程热物理学报 2014年第12期35卷 2425-2428页

作者：刘骁飞韦安阳罗坤樊建人浙江大学能源清洁利用国家重点实验室杭州310027

本文采用多重直接力内嵌边界法计算流体与粗糙壁面之间的相互作用力,直接数值模拟了粗糙壁面上湍流边界层的流动状况。粗糙壁面则通过流向和展向分别叠加正弦函数的方法产生。研究发现,峰值较大的位置优先诱导产生出涡结构,并且加大了... 详细信息

本文采用多重直接力内嵌边界法计算流体与粗糙壁面之间的相互作用力,直接数值模拟了粗糙壁面上湍流边界层的流动状况。粗糙壁面则通过流向和展向分别叠加正弦函数的方法产生。研究发现,峰值较大的位置优先诱导产生出涡结构,并且加大了涡结构的倾斜角度。此外,较大峰值处的粗糙度所产生出的"喷出"和"扫入"事件更加强烈,其对外层的作用范围也就更大。同时粗糙壁面的峰值大小对于雷诺应力的输运也起着至关重要的作用。

关键词：粗糙壁面直接数值模拟湍流边界层

铵盐颗粒在U形换热管中的流动、沉积特性与垢下腐蚀行为

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石油学报（石油加工） 2020年第3期36卷 609-618页

作者：吕文超偶国富刘骁飞许恒晖浙江理工大学流动腐蚀研究所浙江杭州310018

通过数值模拟软件FLUENT,结合Discrete Phase Model模型,对U形换热管中铵盐的流动、沉积特性进行计算流体动力学(CFD)研究。结果表明:铵盐颗粒的粒径和多相介质流速是影响铵盐流动距离和沉积区域的重要因素。颗粒粒径越小、多相介质流... 详细信息

通过数值模拟软件FLUENT,结合Discrete Phase Model模型,对U形换热管中铵盐的流动、沉积特性进行计算流体动力学(CFD)研究。结果表明:铵盐颗粒的粒径和多相介质流速是影响铵盐流动距离和沉积区域的重要因素。颗粒粒径越小、多相介质流速越大,铵盐流动距离越远,沉积区域越大。通过固体颗粒流动沉积模拟实验进一步研究发现,对于粒径小于0.03 mm的固体颗粒,当多相介质流速大于5.50 m/s时,颗粒的流动距离不再增加。通过对失效换热管进行SEM和XRD分析,发现铵盐沉积腐蚀造成管壁减薄,在管壁内外侧高压差作用下产生诱导裂纹,引发应力腐蚀裂纹,最终导致换热管泄漏失效。

关键词：铵盐计算流体动力学(CFD) 扫描电子显微镜(SEM) X射线衍射(XRD) 流动沉积垢下腐蚀应力腐蚀

降膜式蒸发器出气口液滴夹带风险预测及优化设计研究

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制冷学报 2022年第2期43卷 97-106页

作者：章立标龚程程罗毅刘骁飞浙江国祥股份有限公司上虞312300 浙江理工大学机械与自动控制学院杭州310018

为解决降膜式蒸发器出气口液滴夹带和压缩机吸气带液问题,本文采用计算流体动力学(CFD)进行流动-传热-相变过程中蒸发器液滴夹带空间分布和流体动力学参数研究,并结合K1、K2典型样机实际测试结果验证数值方法的准确性,构建了以蒸发器出... 详细信息

为解决降膜式蒸发器出气口液滴夹带和压缩机吸气带液问题,本文采用计算流体动力学(CFD)进行流动-传热-相变过程中蒸发器液滴夹带空间分布和流体动力学参数研究,并结合K1、K2典型样机实际测试结果验证数值方法的准确性,构建了以蒸发器出气口液滴夹带率(φ≤0.37%)、水平气流通道平均速度(v_(H)≤0.24 m/s)、出气挡板出口平均气流速度(v_(B)≤2.18 m/s)等目标控制参数来评估蒸发器出气口带液的风险,基于建立的目标控制参数对设计的K3~K6降膜蒸发器系列进行带液风险评估,结果表明K3和K4满足控制参数的要求,具有较低的带液风险,但K5和K6的目标控制参数具有较高的带液风险。基于预测的高风险出气口带液模型,通过降低分配器出口流速、增大筒体直径、调整管层间距对目标控制参数群进行了优化设计并进行了换热管外流态分布分析,结果表明,优化后蒸发器出气口的液滴夹带率比优化前降低75%以上,管外流态主要以滴状流的形式存在,且换热管外表面液相分布较为均匀。对优化后的K5和K6实验样机实测发现蒸发器出气口不存在带液现象,该带液风险控制目标参数可为降膜式蒸发器的优化设计提供一定的关键依据。

关键词：降膜式蒸发器气液两相流液滴夹带优化设计

加氢反应流出物空冷器出口配管的弯管冲蚀特性表征预测方法

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石油学报（石油加工） 2019年第3期35卷 518-526页

作者：金浩哲徐晓峰偶国富刘骁飞杨涛浙江理工大学流动腐蚀研究所浙江杭州310018 中海石油舟山石化有限公司生产技术部浙江舟山316015

针对加氢反应流出物空冷器(REAC)出口管道系统频繁发生的冲蚀失效问题,揭示了复杂流动腐蚀环境下管道冲蚀失效机理,提出了以离子传质系数( k c )及三向应力求得的最大剪切应力(τ m)作为REAC出口配管的弯管冲蚀特性关键表征参数;采用Mix... 详细信息

针对加氢反应流出物空冷器(REAC)出口管道系统频繁发生的冲蚀失效问题,揭示了复杂流动腐蚀环境下管道冲蚀失效机理,提出了以离子传质系数( k c )及三向应力求得的最大剪切应力(τ m)作为REAC出口配管的弯管冲蚀特性关键表征参数;采用Mixture多相流模型和SST k-ω湍流模型对空冷系统的出口配管进行流体动力学数值模拟,对比分析获得了各弯管处的传质系数和最大剪切应力的分布规律。结果表明:REAC出口配管的弯管中传质系数 k c 与最大剪切应力τ m的重合位置位于弯管8上的55°≤α≤85°管段,是冲蚀失效的高风险区域;失效案例解剖结果表明,基于传质系数 k c 、最大剪切应力τ m分布预测的冲蚀失效高风险区域与弯管冲蚀泄漏失效的区域基本一致。研究成果有望为空冷器进出口管道系统的耐流动腐蚀优化设计、优化运行和在役风险检验提供理论支撑依据。

关键词：加氢反应流出物空冷器出口配管冲蚀特性传质系数最大剪切应力表征预测

直流式迷宫调节阀流道降压流动特性及临界空化预测

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排灌机械工程学报 2022年第9期40卷 921-927页

作者：金浩哲段奥强刘骁飞王超浙江理工大学机械与自动控制学院浙江杭州310018

针对高降压、高速流的直流式迷宫压力调节阀阀芯内部流道空化损伤失效现象,基于临界空化压力预测方法进行流体力学计算,结合Mixture多相流中的Schnerr-Sauer空化模型和Reali-zable k-ε湍流模型,数值模拟了偶数级数2 N(N=1,2,3,4)流道... 详细信息

针对高降压、高速流的直流式迷宫压力调节阀阀芯内部流道空化损伤失效现象,基于临界空化压力预测方法进行流体力学计算,结合Mixture多相流中的Schnerr-Sauer空化模型和Reali-zable k-ε湍流模型,数值模拟了偶数级数2 N(N=1,2,3,4)流道在不同出口压力(0.1~0.8 MPa)下的临界空化进口压力,并分析了八级流道的压力、速度、相分率等参数的变化规律.研究结果表明:除进口级数外,流体经过垂直于进口流动方向的级数后才会产生旋涡,旋涡的产生会导致能量耗散和降压;在出口近壁面处,旋涡形成的低压区低于流体的饱和蒸气压,发生了局部空化;相同流道级数递增出口压力下的临界空化压差呈现线性函数增长趋势;相同出口压力递增流道级数下的临界空化压差呈现指数函数增长趋势.因此,可根据涡流能量耗散降压原理及临界空化线性、指数趋势线方程在改进优化迷宫流道结构设计促进涡流产生的同时选择合适的工况压力和流道级数来避免空化.

关键词：直流式迷宫流道流道级数降压空化机理数值模拟临界空化压差

316L不锈钢在污水汽提塔顶循环系统的腐蚀特性

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石油学报（石油加工） 2021年第1期37卷 148-156页

作者：吕文超偶国富刘骁飞许恒晖江苏航运职业技术学院轮机工程学院江苏南通226010 浙江理工大学流动腐蚀研究所浙江杭州310018

设计、搭建了循环流动实验装置,模拟污水汽提装置塔顶循环系统腐蚀环境,采用电化学测试方法和表面分析技术,对316L不锈钢(316L SS)在污水介质中的腐蚀行为和特性进行了研究。实验结果表明,316L SS在污水介质中的腐蚀形态为局部点腐蚀,... 详细信息

设计、搭建了循环流动实验装置,模拟污水汽提装置塔顶循环系统腐蚀环境,采用电化学测试方法和表面分析技术,对316L不锈钢(316L SS)在污水介质中的腐蚀行为和特性进行了研究。实验结果表明,316L SS在污水介质中的腐蚀形态为局部点腐蚀,腐蚀表面具有弥散分布的点蚀坑。污水介质中NH4Cl含量和介质流速是影响316L SS腐蚀速率的关键因素。当污水介质中NH4Cl质量分数小于4.0%时,腐蚀体系阻抗较大,316L SS的阳极极化曲线表现为典型的溶解、钝化和点蚀过程;当NH4Cl质量分数大于4.0%时,极化曲线不具有明显的钝化区,且此时体系的阻抗半径急剧减小,表明316L SS表面未形成完整的钝化膜,材料耐蚀性降低。当污水中NH4Cl质量分数为4.0%、介质流动速率大于1.0 m/s时,316L SS腐蚀速率急剧升高。

关键词：污水汽提 316L不锈钢 NH4Cl含量介质流速电化学测试电镜扫描(SEM) 能谱分析(EDS)

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加氢空冷器注水管道孔板流场及压降特性分析

大连理工大学学报 2021年第1期61卷 30-38页

作者：金浩哲高帅棋顾镛刘骁飞王超浙江理工大学流动腐蚀研究所浙江杭州310018

加氢反应流出物空冷器(reactor effluent air cooler,简称REAC)作为石化装置重要冷换设备铵盐腐蚀风险较大,工程上通常采用空冷器前注水消除NH4Cl等铵盐沉积堵管问题,因此,注水效果好坏直接影响石化装置的安全稳定运行.以某石化企业REA... 详细信息

加氢反应流出物空冷器(reactor effluent air cooler,简称REAC)作为石化装置重要冷换设备铵盐腐蚀风险较大,工程上通常采用空冷器前注水消除NH4Cl等铵盐沉积堵管问题,因此,注水效果好坏直接影响石化装置的安全稳定运行.以某石化企业REAC前注水孔板为研究对象,通过分析不同孔数、等效直径比、相对厚度等因素对孔板压损系数的影响机理,评估孔板结构对多元流体均流平衡效果优劣.研究结果表明:在相同的孔数和等效直径比下,压损系数随孔板相对厚度的增加先快速减小随后趋于稳定,其临界孔板相对厚度为0.822.在相同等效直径比和相对厚度下,薄孔板的压损系数随孔数增加先减小后增大,压损系数与管道出口流量呈负相关关系.综合考量下孔板相对厚度为1.474时,单孔孔板结构均流平衡效果最好.

关键词：加氢空冷器注水孔板节流均衡压降特性数值模拟