[发明专利]一种输送乙烯气体的90°弯管内压分布模型的建立方法

摘要

本发明公开了一种输送乙烯气体的90°弯管内压分布模型的建立方法，通过本发明提供的输送乙烯气体的90°弯管内压分布模型的建立方法，建立了一个弯管内压分布模型，在乙烯气体流经弯管时，可对弯管壁面形成的不均匀压强及其复杂变化情况进行正确的计算及分析。本发明提供的压强计算分析模型由初等函数复合而成，简明、直观、待定系数较少，且具有较高计算精度，其计算值与FLUENT离散模拟值相比，最大相对误差只有0.024％；为管道运输过程中弯管安全性能评估及弯管的壁厚设计提供了理论依据，从而方便了弯管的结构设计，且提高了乙烯气体管道运行的安全性。

主权项

一种输送乙烯气体的90°弯管内压分布模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在不同的乙烯气体流动参数和弯管几何参数下，采用FLUENT软件对乙烯气体在弯管内的流动过程进行数值模拟，建立相应的弯管不均匀内压分布数据库，所述乙烯气体的流动参数包括乙烯的密度ρ、弯管出口压力P₀及弯管入口流速v；弯管的几何参数包括弯管内径d、弯管弯曲半径R、弯管弯曲度k＝R/d及压力作用位置，其中所述压力作用位置包括弯管轴向角度α和弯管环向角度β；2)根据所述弯管不均匀内压分布变化数据库，分析不同的流动参数和不同的弯管几何参数下弯管内壁面压强的分布变化规律，得到乙烯气体流经90°弯管时：不同环向角β处，内压P随轴向角α变化的规律；不同轴向角α横截面内，内压P随环向角β变化的规律；不同环向角β处，压强差ΔP随流体密度ρ变化的规律；不同环向角β处，压强差ΔP随入口流速平方v²变化的规律；不同出口压强P₀时，压强差ΔP随环向角β变化的规律；不同环向角β处，压强差ΔP随弯管弯曲度k变化的规律；3)根据不同环向角β处，内压P随轴向角α变化的规律及不同轴向角α横截面，内压P随环向角β变化的规律，得到90°弯管不均匀内压P的分布函数f(α,β)是正态函数和三角函数的组合函数关系，即：式(1)其中，$g\left(\mathrm{\α}\right)=n_1{e}^{-{\left(\frac{\mathrm{\α}-0.873}{n_2}\right)}^2};$根据压强差ΔP分别随流体密度ρ、入口流速平方v²变化的规律，压强差ΔP分别与流体密度ρ和流体流速平方v²成一次线性关系；根据不同环向角β，压强差ΔP随弯管弯曲度k变化的规律，得到压强差ΔP与弯管弯曲度k成反比例函数关系，即：f(k)＝n₆/k；将上述函数关系带入不均匀压强分布模型的通式：P＝P₀+f(k)f(α，β)ρv²得到式(2)$g\left(\mathrm{\α}\right)=n_1{e}^{-{\left(\frac{\mathrm{\α}-0.873}{n_2}\right)}^2}$上式中：R为弯管弯曲半径，d为弯管内径，k＝R/d为弯管弯曲度，α为弯管轴向角，β为弯管环向角，ρ为流体密度，v为弯管入口流速，P₀为弯管出口压强，n₀，n₁，n₂，n₃，n₄，n₅，n₆为待定系数；4)结合弯管不均匀内压分布数据库，采用1stOpt拟合软件对式(2)进行拟合，确定待定系数，得到弯管不均匀内压分布模型为：$g\left(\mathrm{\α}\right)=-1.491e^{-{\left(\frac{\mathrm{\α}-0.873}{2.182}\right)}^2}$