内压分布数据库，分析得到：当其它 参数变量不变的情况下，弯管压强差ΑΡ随弯管环向角度β变化的规律，见图3,进而得到 压强差ΑΡ与环向角度β呈类余弦函数关系，即式（2) :?·3(β) =cosi3 ;
[0102] 根据步骤1)中得到的弯管多种工况不均匀内压分布数据库，分析得到：当其它参 数变量不变的情况下，弯管压强差ΑΡ随弯管轴向角度α变化的规律，见图4以及图5,进 而得到压强差ΑΡ与轴向角度α呈类正弦函数关系，即式（3) :f2(a) =asin(Ca)+b;
[0103] 根据步骤1)中得到的弯管多种工况不均匀内压分布数据库，分析得到：当其它参 数变量不变的情况下，弯管压强差AP随弯管弯曲度k变化的规律，见图6,β=180° (凸 边）、ΔΡ>〇,β=0° (凹边）、ΔΡ<〇,随k增大ΔΡ逐渐减小，进而得到弯管压强差 Δρ与弯管弯曲度k呈反比例函数关系，即式（4) :fi(k) = 1/k;
[0104] 5)将式（2)、式⑶以及式⑷带入式（1)，得式（5):
[0105]P=P〇+[asin(cα) +b]cos(β)Pv2/k；
[0106] 上式中：a，b，c为待定系数；
[0107] 6)结合步骤1)中得到的弯管多种工况不均匀内压分布数据库，采用IstOpt拟合 软件将6种出口压力、5种原油流体流速、5种弯管弯曲度的150种工况弯管内压FLUENT模 拟值与公式（5)相拟合，确定待定系数，得到弯管不均匀内压分布模型为：
[0108]Ρ=P〇-〇. 18[sin(1. 82α)+1]cos(β) Pv2/k,
[0109] 上式中：
[0110] k=R/d为弯管弯曲度，
[0111] α为弯管轴向角，
[0112] β为弯管环向角，
[0113]Ρ为原油流体密度，
[0114]ν为弯管入口流速，
[0115]Ρ。为弯管出口压强。
[0116] 7)验证
[0117] 将原油在PQ= lOMpa，ν = 2m/s，k=1时，内压分布模型计算值与FLUENT模拟离 散值在不同轴向α截面沿弯管环向β分布的数据进行对比，见图7,其中，（a)α=0°截 面，Ρ随β变化规律；(b)α=30°截面，Ρ随β变化规律；（c)α= 45°截面，Ρ随β变 化规律；（d)α= 60°截面，Ρ随β变化规律；（e)α= 75°截面，Ρ随β变化规律；（f)α =90°截面，Ρ随β变化规律。
[0118] 可见，弯管不均匀内压分布模型计算值与FLUENT模拟离散值吻合很好，最大相对 误差εmax彡0.004% (发生在α=0°，β=180° )，故该弯管不均匀内压分布模型具 有较高计算精度。
[0119] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方法及其核心思想。应当指 出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明 进行若干改进和修饰，如流动液体是柴油、汽油或水等，再如30°、45°弯管内压分布模型 的建立方法等，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0120] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一 般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将 不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致 的最宽范围。
【主权项】
1. 一种输送原油的90°弯管内压分布模型的建立方法，其特征在于，包括w下步骤： 1) 在不同的原油流动参数和弯管几何参数下，采用FLUENT软件对原油在弯管内的流 动过程进行数值模拟，得到弯管多种工况不均匀内压分布数据库，所述原油的流动参数包 括原油的密度P、弯管出口压力P。及弯管入口流速V;弯管的几何参数包括弯管内径t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0; 2) 根据所述弯管多种工况不均匀内压分布数据库，分析不同的原油流动参数和不同的 弯管几何参数下，弯管内壁面不均匀压强的分布变化规律，得到原油流经90°弯管时： 当其它参数变量不变的情况下，内压Ρ随原油的密度Ρ变化的规律， 当其它参数变量不变的情况下，内压Ρ随弯管出口压力Ρ。变化的规律， 当其它参数变量不变的情况下，内压Ρ随弯管入口流速V变化的规律， 当其它参数变量不变的情况下，内压Ρ随弯管内径d变化的规律， 当其它参数变量不变的情况下，内压P随弯管弯曲半径R变化的规律， 当其它参数变量不变的情况下，内压P随弯管弯曲度k变化的规律， 当其它参数变量不变的情况下，内压P随弯管轴向角度α变化的规律， 当其它参数变量不变的情况下，内压Ρ随弯管环向角度β变化的规律； 3) 根据步骤2)中的各种参数变化引起弯管内压Ρ的变化规律，确定影响原油流经 90°弯管产生不均匀内压Ρ分布的主要参数为出口压强Ρ。、入口流速V、原油流体密度Ρ、 弯管弯曲度k=RAl、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，然后结合量纲和谐原理得式（1):4) 根据步骤1)中得到的弯管多种工况不均匀内压分布数据库，分析得到：当其它参数 变量不变的情况下，弯管压强差ΑΡ随弯管环向角度β变化的规律，进而得到压强差ΔΡ 与环向角度β呈类余弦函数关系，即式（2) :f3(e) =COS0 ; 根据步骤1)中得到的弯管多种工况不均匀内压分布数据库，分析得到：当其它参数变 量不变的情况下，弯管压强差AP随弯管轴向角度α变化的规律，进而得到压强差ΔΡ与 轴向角度α呈类正弦函数关系，即式（3)屯（〇) =asin(ca)+b; 根据步骤1)中得到的弯管多种工况不均匀内压分布数据库，分析得到：当其它参数变 量不变的情况下，弯管压强差AP随弯管弯曲度k=R/d变化的规律，进而得到压强差ΔΡ 与弯管弯曲度k呈反比例函数关系，即式（4) :fi化）=1/k; W将式似、式（3)化及式（4)带入式（1)，得式巧）： P=P〇+[asinkα) +b]cos(β)Py2/k; 上式中：a，b，c为待定系数； 6)结合步骤1)中得到的弯管多种工况不均匀内压分布数据库，采用1st化t拟合软件 对式（5)进行拟合，确定待定系数，得到弯管不均匀内压分布模型为： P=P〇-〇. 18[sin(1. 82α) +1]cos(β)ΡvVk, 上式中： Κ=R/d为弯管弯曲度， α为弯管轴向角， 0为弯管环向角， Ρ为原油流体密度， V为弯管入口流速， Ρ。为弯管出口压强。2. 根据权利要求1所述的输送原油的90°弯管内压分布模型的建立方法，其特征在 于，所述步骤1)中，数值模拟采用标准k-ε端流模型。3. 根据权利要求1所述的输送原油的90°弯管内压分布模型的建立方法，其特征在 于，所述步骤1)中，网格划分采用结构化网格。4. 根据权利要求1所述的输送原油的90°弯管内压分布模型的建立方法，其特征在 于，所述步骤1)中，根据弯管的对称性，数值模拟时采用弯管为1/2弯管，运用gambit建模 并划分网格；弯管弯曲角度A= 90。、弯曲半径R= 255mm、弯管内径d= 255臟，弯曲度k =R/d= 1. 0,沿弯管轴向α和环向β每间隔5°划分网格。5. 根据权利要求1所述的输送原油的90°弯管内压分布模型的建立方法，其特征在 于，所述步骤1)中，弯管出口压力Ρ。分别为2MPa、4MPa、6MPa、8MPa、lOMPa、12MPa，弯管入口 流速V分别为 0. 5m/s、l. 0m/s、l. 5m/s、2. 0m/s、2. 5m/s，弯管弯曲度k分别为 1. 0、1. 5、2. 0、 2. 5、3. 0。6. 根据权利要求1所述的输送原油的90°弯管内压分布模型的建立方法，其特征在 于，所述步骤1)中，当P〇=lOMpa，V= 2m/s，k= 1. 0,原油密度P= 857Kg/m3时，雷诺数 Re= 32557,端流系数I= 0. 16 巧e) 0'125= 4. 3%。
【专利摘要】本发明公开了一种输送原油的90°弯管内压分布模型的建立方法，通过本发明提供的输送原油的90°弯管内压分布模型的建立方法，建立了一个弯管不均匀内压分布模型，在原油流经弯管时，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。本发明提供的不均匀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εmax≤0.004％；为管道运输过程中管道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，且提高了原油管道运行的安全性。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105243228
【申请号】CN201510730918
【发明人】鹿晓阳, 刘金明, 路立平, 鹿晓力, 王路路, 李彬, 李奎, 郑伟, 黄丽丽, 陈世英, 赵晓伟, 赵忠佳, 苏亚, 李龙, 刘秀芝, 李涛, 付浩鑫, 蒋雄
【申请人】鹿晓阳
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月30日