一种非直多路径管道流体运动分析方法

本发明属于多路径管道流体运动分析，涉及到一种非直多路径管道流体运动分析方法。

背景技术：

1、随着管道工程的发展，非直多路径管道在各种工业和基础设施领域得到了广泛应用。这些管道由于其复杂的布局和多变的流动路径，使得流体在其中的流动特性变得极为复杂。在管道工程中，对流体在管道内的流动状态进行准确分析不仅关乎到设备的运行效率，也直接影响到流体输送的效率和安全性。故而为了确保管道系统的安全、高效运行，对非直多路径管道内的流体运动进行准确分析至关重要。

2、现有的在对管道内流体流动状态进行分析时，更多的专注于从设备运行调控数据方面或流体黏性对管壁的吸附影响方面进行分析，而未考虑管段转弯方向对流体流速的累积或消减影响，同时未考虑多路径中汇流点位置和拐点位置的布局设计影响，即未考虑前一个拐点位置的流动方向对当前拐点位置的流速影响。流体在不同流动方向进行弯转流动时，其流速存在不同的变化，例如向下流动时，流体本身重力会对流速存在加速影响；向上流动时，流体本身重力会对流速存在阻碍影响。故而若未考虑管段转弯方向对流速影响和拐点位置的布局设计影响，则无法准确评估管道系统的流动特性，也无法有效地优化管道设计和运行。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出一种非直多路径管道流体运动分析方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明提供一种非直多路径管道流体运动分析方法，包括如下步骤：s1、管道路径统计：获取非直多路径管道的布局参数，统计非直多路径管道中各拐点位置及各拐点位置的弯曲角度和弯曲方向。

3、s2、解析拐点位置的弯曲角度：基于各拐点位置的弯曲角度和弯曲方向，分析各拐点位置的流速影响因子δυi，i为拐点位置的编号，i＝1,2,...,c，进而评估各拐点位置对应弯曲角度的冲蚀力度缓冲因子。

4、s3、解析汇流点位置的冲蚀强度：将多路径管道交叉连接的位置记为汇流点位置，统计非直多路径管道中各汇流点位置，进而分析流体在各汇流点位置对管壁的冲蚀强度指标ψj，j为汇流点位置的编号，j＝1,2,...,b。

5、s4、冲蚀风险评估：获取非直多路径管道中流体的输送温度，进而分析流体在各拐点位置对管壁的冲蚀风险系数。

6、s5、流体运动分析：基于各拐点位置的流速影响因子、流体在各汇流点位置对管壁的冲蚀强度指标，分析非直多路径管道中流体的流动间歇性指标。

7、在一种优选实施方式中，所述各拐点位置的弯曲角度和弯曲方向获取内容具体包括：对各拐点位置的管道路径进行红外线扫描，得到各拐点位置对应弯曲管道轮廓线，以各拐点位置为原点、原点在水平面上直向流动方向为y轴正坐标方向、在原点位置作y轴水平面上的垂线记为x轴正坐标方向、原点垂直向上的方向为z轴正坐标方向，构建三维坐标系，进而在三维坐标系上标记出各拐点位置对应弯曲管道轮廓线的两端点坐标，记为p1(x′i、y′i、z′i)、p2(xi、yi、zi)。

8、获取各拐点位置对应p2端点与原点间的距离进而得到各拐点位置对应p2端点与y轴之间的夹角p2端点与z轴之间的夹角

9、获取各拐点位置对应弯曲管道轮廓线的两端点在坐标系上的坐标偏向值δp(δxi、δyi、δzi)＝p2(xi、yi、zi)-p1(x′i、y′i、z′i)，从中提取各拐点位置对应两端点在z轴上的坐标偏差值δzi，当δzi＞0时，表示该拐点位置对应弯曲方向为向上弯曲，此时该拐点位置对应弯曲角度为θ′＝π-θz,π为180度，θz为该拐点位置对应p2端点与z轴之间的夹角。

10、当δzi＜0时，表示该拐点位置对应弯曲方向为向下弯曲，此时该拐点位置对应弯曲角度为θ′＝π-θz。

11、当δzi＝0时，表示该拐点位置对应弯曲方向为水平弯曲，此时该拐点位置对应弯曲角度为θ′＝π-θy,θy为该拐点位置对应p2端点与y轴之间的夹角。

12、在一种优选实施方式中，所述分析各拐点位置的流速影响因子，具体过程为：识别各拐点位置对应前一个拐点位置的弯曲方向，当某拐点位置对应前一个拐点位置的弯曲方向为向下弯曲时，分析该拐点位置的流速影响因子δυ加。

13、当该拐点位置对应前一个拐点位置的弯曲方向为向上弯曲或水平弯曲时，分析该拐点位置的流速影响因子δυ减，统计得到各拐点位置的流速影响因子δυi＝δυ加或δυ减。

14、在一种优选实施方式中，所述拐点位置的流速影响因子分析方法包括：从非直多路径管道的布局参数中提取该拐点位置与前一个拐点位置之间的管段直径r和管段长度l。

15、获取该拐点位置对应前一个拐点位置所属p2端点与z轴之间的夹角计算得到该拐点位置与前一个拐点位置之间的坠落高度

16、提取非直多路径管道中的流体黏度特征及该流体黏度特征在不同高度值范围内的流动压力评估指标，将其与坠落高度进行对比，得到该拐点位置与前一个拐点位置之间的坠落高度所属流动压力评估指标f。

17、分析得到该拐点位置与前一个拐点位置之间的管段路径相应流速影响因子即为该拐点位置的流速影响因子，式中r′表示管道直径的单位值。

18、在一种优选实施方式中，所述拐点位置的流速影响因子分析方法还包括：当该拐点位置对应前一个拐点位置的弯曲方向为向上弯曲时，获取该拐点位置与前一个拐点位置之间的坠落高度所属流体重力影响指标g，以作为该拐点位置的流速影响因子。

19、当该拐点位置对应前一个拐点位置的弯曲方向为水平弯曲时，以作为该拐点位置的流速影响因子,l′为单位管段长度，故而该拐点位置的流速影响因子为

20、在一种优选实施方式中，所述评估各拐点位置对应弯曲角度的冲蚀力度缓冲因子：从web移动端提取单位弯曲角度对应冲蚀力度缓冲因子，统计各拐点位置对应弯曲角度，将其与单位弯曲角度对应冲蚀力度缓冲因子进行乘积，得到各拐点位置对应弯曲角度的冲蚀力度缓冲因子。

21、在一种优选实施方式中，所述分析流体在各汇流点位置对管壁的冲蚀强度指标相应步骤为：获取各汇流点位置所属各交叉管段路径，统计各汇流点位置所属各交叉管段路径上在对应汇流点位置之前的相邻拐点位置，记为各汇流点位置所属各交叉管段路径的始端拐点位置，获取其弯曲方向，统计其弯曲方向为向下弯曲的各交叉管段路径记为各静压影响路径。

22、获取各汇流点位置与其所属各静压影响路径的始端拐点位置之间的管段路径相应流速影响因子，对其求和得到各汇流点位置的综合流速影响因子δυj加。

23、统计弯曲方向为向上弯曲和水平弯曲的各交叉管道路径，获取各汇流点位置的综合流速影响因子记为

24、将各汇流点位置作为其所属各交叉管段路径的末端拐点位置，获取各汇流点位置在各交叉管段路径上作为末端拐点位置时的弯曲角度所属冲蚀力度缓冲因子ηjr，r为交叉管段路径的编号，r＝1,2,...,a。

25、获取各汇流点位置所属各交叉管段路径的流体对冲角度θ″jr，由评估公式得到流体在各汇流点位置对管壁的冲蚀强度指标，a表示交叉管段路径的数量。

26、在一种优选实施方式中，所述各汇流点位置所属各交叉管段路径的流体对冲角度具体获取方式为：获取各汇流点位置在各交叉管段路径上作为末端拐点位置时对应p1端点与y轴之间的夹角，记为各汇流点位置所属各交叉管段路径的半冲角度。

27、将在x轴正坐标方向上的各汇流点位置所属各交叉管段路径的半冲角度记为正值，将在x轴负坐标方向上的各汇流点位置所属各交叉管段路径的半冲角度记为负值；

28、将各汇流点位置所属各交叉管段路径的半冲角度分别与对应汇流点位置所属其他相邻各交叉管段路径的半冲角度进行相加，得到各汇流点位置所属各交叉管段路径与其他相邻各交叉管段路径之间的夹角。

29、筛选出各汇流点位置所属各交叉管段路径对应的夹角最小值，进而获取其所属两个半冲角度的绝对值，将其所属两个半冲角度的绝对值进行相加，得到各汇流点位置所属各交叉管段路径的流体对冲角度。

30、在一种优选实施方式中，所述分析流体在各拐点位置对管壁的冲蚀风险系数，过程如下：将非直多路径管道中的流体输送温度记为t,统计各汇流点位置的交叉管段路径数量。

31、将各拐点位置与各汇流点位置进行匹配，当拐点位置是汇流点位置时，提取该拐点位置所属汇流点位置的交叉管段路径数量记为w0，并提取流体在该拐点位置所属汇流点位置对管壁的冲蚀强度指标记为ψ0。

32、分析流体在各拐点位置对管壁的冲蚀风险系数式中t′表示非直多路径管道正常使用情况下的适宜温度，n表示大于1的设定常数，δυ0表示流速影响因子的设定安全值，q1表示拐点位置是汇流点位置，q2表示拐点位置不是汇流点位置。

33、在一种优选实施方式中，所述分析非直多路径管道中流体的流动间歇性指标具体分析公式为：其中δυ(i+1)表示第i+1个拐点位置的流速影响因子，c表示非直多路径管道中拐点位置数量，表示设定的相邻拐点位置的流速影响因子浮动偏差允许值，max(ψj)、min(ψj)分别表示各汇流点位置的流体冲蚀系数中的最大值和最小值，e为自然常数。

34、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：(1)本发明基于非直多路径管道中各拐点位置的弯曲角度和弯曲方向，分析前一个拐点位置对应流动方向及坠落高度对当前拐点位置的流速影响因子，可以更全面地了解流体的流动状态和变化规律，这有助于准确评估非直多路径管道系统的性能，为优化管道设计和运行提供重要依据。

35、(2)本发明通过获取各汇流点位置所属各交叉管段路径的流体对冲角度，分析流体在各汇流点位置对管壁的冲蚀强度指标，有助于及时发现潜在安全隐患，避免因冲蚀过度而导致管道破裂或泄漏等事故，这有助于提高管道系统的安全性和稳定性，减少意外事故的发生。

36、(3)本发明通过获取非直多路径管道中流体的输送温度，分析流体在各拐点位置对管壁的冲蚀风险系数，同时分析非直多路径管道中流体的流动间歇性指标，有助于在设计阶段对管道材料和防护措施进行优化选择，可以降低管道系统的维护成本和延长使用寿命，从而提高整个系统的经济性。