CN101567026B - 一种输液管道导流结构减振弯头优化设计方法 - Google Patents
一种输液管道导流结构减振弯头优化设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101567026B CN101567026B CN2009100859635A CN200910085963A CN101567026B CN 101567026 B CN101567026 B CN 101567026B CN 2009100859635 A CN2009100859635 A CN 2009100859635A CN 200910085963 A CN200910085963 A CN 200910085963A CN 101567026 B CN101567026 B CN 101567026B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fluid
- flow
- elbow
- flow deflector
- design
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Pipe Accessories (AREA)
Abstract
一种输液管道导流结构减振弯头的优化设计方法，属于机械设计、制造领域，可用于石油、化工、建筑及船舶等设备的输液管道系统。实施过程分为确定系统及工况参数；设计不同导流片数量和排列方式；建立流体力学模型，其中包括：选定流体的域和截面、横截面网格划分、确定边界条件和载荷条件；用FLUENT软件计算选定横截面的流体场压分布，比较不同结构形式的最大压差，最后优化得到最佳结构形式等步骤。其特征在于考虑弯头内加装导流结构，对导流器的片数和排列方式进行设计，应用FLUENT软件计算不同结构形式流场截面的最大压差，比较优化得出最佳导流结构形式。
Description
技术领域
本发明属于机械设计、制造领域，特别涉及一种输液管道导流结构减振弯头的设计优化方法，用于石油、化工、建筑及船舶等设备。
技术背景
在输液管道系统中，由于流体在弯头，特别是直角弯头处强迫改向，因此产生紊流、湍流和涡流导致振动和噪声。
针对管道弯头设计并优化一种导流结构形式，改善流体在弯头处的流动特性，从而减低管道系统和环境的振动与噪声，提高装备系统的可靠性、稳定性、静音效果、人机环境的舒适性以及降低设备的故障率等。其效果对于诸多装备系统是十分重要的。
发明内容
本发明目的是将导流结构引入输液管道弯头结构，并对导流片数和排列方式进行优化设计，从而创立一种用于输液管道系统弯头导流结构形式的设计及优化方法，有效改善流体在弯头处的流动特性。降低管道系统和环境的振动与噪声，改进装备系统的可靠性、稳定性、静音效果、人机环境的舒适性以及降低设备的故障率等。
一种用于输液管道系统弯头导流结构形式的设计及优化方法，实施过程分为确定系统及工况参数；设计不同导流片数量和排列方式；建立流体力学模型，其中包括：选定流体的域和截面、横截面网格划分、确定边界条件和载荷条件等；用FLUENT软件计算流体场压分布，比较不同结构形式的最大压差，最后得到最佳结构形式等步骤。其特征在于考虑弯头内加装导流结构，对导流器的片数和排列方式进行设计，应用FLUENT软件计算不同结构形式流场截面的最大压差，比较得出最佳导流结构形式。
输液管道导流结构减振弯头的设计优化方法按照下列步骤进行：
(1)、确定系统及工况参数，包括弯头的材料牌号、管径、壁厚、中心半径、流量、压力等。
(2)、设计导流片的数量。
(3)、设计导流片的排列方式。
(4)、基于FLUENT软件的计算，建立流体力学模型。
(5)、用FLUENT软件计算流体场压分布，比较不同结构形式的最大压差数据，最后综合考虑制备难度和最大压差数据的差值幅度，得到最佳导流片数量和最佳排列方式的输液管道减振弯头结构形式
(6)、导流片出口处延长设计
为了有效地减少流体在出口处的涡流，需要延长出口处的导流片长度，具体长度需要根据系统参数，比较计算，视涡流改善情况确定
(7)、导流片弧度设计
对导流片进行弧度设计可获得更好的流体流动性。具体弧度半径需要根据系统参数，比较计算，视流体流动性改善情况确定
优点或积极效果：
按照本设计优化方法，可获得各种管径输液管道导流结构减振弯头，提高了装备系统的可靠性、稳定性、静音效果、人机环境的舒适性以及降低设备的故障率等，可用于石油、化工、建筑及船舶等诸多领域。
附图说明
图1管道弯头系统数值计算总体网格模型；
图2管道弯头系统数值计算横截面网格模型；
图3典型参数的最佳导流结构减振弯头零件对称面图；
图4典型参数的最佳导流结构减振弯头零件截面图；
具体实施方式：
确定系统及工况参数：
包括弯头的材料牌号、管径、壁厚、中心半径、流量、压力等.
例如：镍铜BT10，外径140mm，壁厚8mm，中心半径125mm，流量5米/秒，压力3Mpa，直角弯头。
设计导流片的数量：
导流片的数量设计主要考虑以下因素：①密集的片数设置会导致弯头的横截面积减小，根据伯努利原理，可知速度与横截面积成反比，横截面积减小会使通过的流速增大，而速度过大就会造成局部流体分离，诱发湍流的形成。②制备工艺的难度。
因此，先考虑导流片片数在3片以内，即单片、双片、三片，视流动性计算结果考虑后续方案。
设计导流片的排列方式：
基于几何关系简单、均匀的考虑，本方法采取等距排列和黄金分割排列的方法，这样的方法具有代表性，然后对上述方法不同片数导流器的流动性进行计算、比较，根据结果给出最佳方案，并考虑提出进一步优化排列方式的必要。
根据弯头处流体流动特性和振动噪声形成的机理可知，弯头内侧应优先布置导流片或是应该多布置导流片。在排列的时候无论导流片数量的多少，都应该以减少内侧水流冲击外侧管壁为原则。因此在按黄金比例方案(如三片情况，各段距离比为1∶1.618∶2.618∶3.618)设置导流片时，弯头内侧应较为密集的设置导流片。
基于FLUENT软件的计算，建立流体力学模型：
根据实际中管道的几何尺寸进行三位数值建模，在gambit提供的可视化界面中，利用Fluent当中的前处理关键gambit来简化数值模型，采用非结构的六面体网格来划分网格，总体网格模型与横截面网格见说明书附图1、2，总体网格数大约在30万。为保证水流变向后湍流发展充分，在建模中适当延长出口段直管、设为600cm；而入口段不需要过长，只设为300cm。管道入口设为速度入口、其值为5m/s，出口设为压力出口、其值为0Pa。
流体模型为三位非定常不可压粘性流动，湍流模型取工程中常用的RNGk-ε方程，控制方程为动量方程(三维Navier-Stokes方程)、连续性方程、湍流动能防侧滑能够与湍流耗散率方程联立。采用非耦合算法进行求解，使用SIMPLE算法，时间步长为0.05s，时间步取100，每时间步最大数取为40。计算首先使用1阶离散格式，以保证解的稳定性，在进行几百步后，改为2阶离散格式已得到更精确的解，各控制方程残差均在1×10-3以下，在保证数值收敛和物理收敛后，停止迭代。在双核Pentium 3.2GHz CPU的计算机上完成，一种情况的计算时间大约为3h。
计算比较数据，获取最佳减振弯头结构形式：
对前述设计中的各种方案进行建模前处理，使用FLUENT软件对各种模型进行流体流动性计算，对同片数、不同排列方式导流器的最大压差进行比较，得到相同片数的最佳排列方式，最后对不同片数最佳结构形式导流器的最大压差数据进行比较，得到最佳弯头导流器结构。
首先比较未加装导流片的原始弯头与加装1片导流片(黄金比例由内向外距离比为1∶1.618)弯头的压差，如表1所示。可以看出，加入一片导流片后弯头最大压差大幅减小。
表1：原始弯头与导流片数为1的弯头最大压差比较(Pa)
| 最大压强 | 最小压强 | 总压差 | |
| 原始弯头 | 13126.77 | -16379.5 | 29506.24 |
| 1片等距 | 9763.54 | -12573.3 | 22336.82 |
| 1片黄金比例 | 9095.01 | -11672.6 | 20767.65 |
其次，增加导流器片数为两片，比较等距与黄金比例排列形式(黄金比例由内向外各段距离比为1∶1.618∶2.618)弯头流动性(最大压差)的改善情况，结果如表2所示。可以看出，两片比一片的最大压差进一步减小，此外，与表1相同，两片黄金比例排列方式比等距排列方式的总压差减幅为大。
表2：片数为2的导流器压差比较(Pa)
| 2片等距 | 7694.14 | -11519.1 | 19213.26 |
| 2片黄金比例 | 8325.93 | -9107 | 17432.93 |
当导流片数增至3片，其中黄金分割的比例为：1∶1.618∶2.618∶3.618.计算结果如表3所示，结果可见，三片导流器弯头的最大压差值进一步减小，但三片与两片黄金比例的最大压差值已大幅减少，相差不多(仅约700Pa)。
表3：片数为3的导流器压差比较(Pa)
| 3片等距 | 7382.98 | -9584.29 | 16967.27 |
| 3片黄金比例 | 8109.76 | -8689.66 | 16799.42 |
计算结果可以看出，在直角弯头处加装片状形式的导流器确实可以起到改善流场中流体流动性、从而降低管道振动和噪声的作用。
经过比较发现三片黄金比例导流器结构的改善效果最好，但最大压差仅较两片黄金比例的导流器结构减少大约700Pa，因此，不必再进一步考虑增加导流片数目。
综合考虑制备工艺的可行性及难度，可确定加装两片导流片，且按黄金分割比例排列的弯头导流器结构为最佳结构形式。
导流片出口处延长设计：
为了有效地减少流体在出口处的涡流，需要延长出口处的导流片长度，具体长度需要用FLUENT软件比较计算，视涡流改善情况来定，在上述参数条件下经计算比较取延长度为40mm。
导流片弧度设计：
对导流片进行弧度设计可获得更好的流体流动性。在上述参数条件下经FLUENT软件计算比较取弧度半径为200mm。
上述典型参数条件下，经计算比较所得最佳导流结构减振弯头零件图见说明书附图3、4。
Claims (2)
1.一种输液管道导流结构减振弯头的优化设计方法，其特征在于在弯头内加装导流
结构，该导流结构为一定数量和排列方式的导流片，对导流片的片数和排列方式进行设计，应用FLUENT软件计算不同结构形式流场截面的最大压差，比较、优化得出导流结构形式；
按照下列步骤进行，可获得不同材料的各种管径输液管道导流结构减振弯头：
(1)确定系统及工况参数，包括弯头的材料牌号、管径、壁厚、中心半径、流量、压力；
(2)根据管径、流量参数设计导流片的数量；
(3)设计导流片的排列方式，排列方式为等距排列或黄金分割排列；
(4)基于FLUENT软件的计算，建立流体力学模型；
(5)用FLUENT软件计算选定横截面的流体场压分布，比较不同结构形式的导流结构下的最大压差数据，最后综合考虑制备难度和最大压差数据的差值幅度，取最大压差较小且制备难度较小的导流结构，得到优化的导流片数量和排列方式；
(6)基于FLUENT软件的计算，在有效地减少流体在出口处的涡流条件下，计算出口处需要延长的导流片长度；
(7)基于FLUENT软件的计算，对导流片进行弧度设计，依据流体流动性来确定弧度半径。
2.如权利要求1所述的一种输液管道导流结构减振弯头的优化设计方法，其特征在于导流片的数量为1片以上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100859635A CN101567026B (zh) | 2009-06-05 | 2009-06-05 | 一种输液管道导流结构减振弯头优化设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100859635A CN101567026B (zh) | 2009-06-05 | 2009-06-05 | 一种输液管道导流结构减振弯头优化设计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101567026A CN101567026A (zh) | 2009-10-28 |
| CN101567026B true CN101567026B (zh) | 2010-10-27 |
Family
ID=41283175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009100859635A Expired - Fee Related CN101567026B (zh) | 2009-06-05 | 2009-06-05 | 一种输液管道导流结构减振弯头优化设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101567026B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102750426B (zh) * | 2012-07-19 | 2014-10-22 | 华南理工大学 | 基于cfd技术的流动调整器整流效果评判方法 |
| CN104408216B (zh) * | 2014-09-04 | 2017-11-14 | 广东西屋康达空调有限公司 | 一种管道减振的优化方法 |
| CN105243228A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-13 | 鹿晓阳 | 一种输送原油的90°弯管内压分布模型的建立方法 |
| CN105243229A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-13 | 鹿晓阳 | 一种输送乙烯气体的90°弯管内压分布模型的建立方法 |
| DE102016220527A1 (de) * | 2016-10-19 | 2018-04-19 | Wilhelm Bruckbauer | Bogenelement für ein Lüftungssystem |
| CN106439347A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-02-22 | 哈尔滨理工大学 | 一种90°弯管导流片布置方法 |
| KR102266573B1 (ko) * | 2018-07-17 | 2021-06-18 | 코웨이 주식회사 | 정수기 |
| CN109812411A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-28 | 中国石油天然气集团公司 | 一种用于输油泵吸入口的疏流器及其组装方法 |
| CN112749439A (zh) * | 2019-10-30 | 2021-05-04 | 沪东重机有限公司 | 用于拼接弯管的导流片的设置方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5213138A (en) * | 1992-03-09 | 1993-05-25 | United Technologies Corporation | Mechanism to reduce turning losses in conduits |
| CN2230006Y (zh) * | 1995-05-14 | 1996-06-26 | 宋江水 | 一种风粉管防磨弯头 |
| DE10360839B3 (de) * | 2003-12-23 | 2005-06-09 | Naber Holding Gmbh & Co. Kg | Rohrkrümmer zum Verbinden von Fluidleitungen |
| CN101315194A (zh) * | 2008-07-07 | 2008-12-03 | 北京博奇电力科技有限公司 | 烟道弯头导流装置 |
-
2009
- 2009-06-05 CN CN2009100859635A patent/CN101567026B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5213138A (en) * | 1992-03-09 | 1993-05-25 | United Technologies Corporation | Mechanism to reduce turning losses in conduits |
| CN2230006Y (zh) * | 1995-05-14 | 1996-06-26 | 宋江水 | 一种风粉管防磨弯头 |
| DE10360839B3 (de) * | 2003-12-23 | 2005-06-09 | Naber Holding Gmbh & Co. Kg | Rohrkrümmer zum Verbinden von Fluidleitungen |
| CN101315194A (zh) * | 2008-07-07 | 2008-12-03 | 北京博奇电力科技有限公司 | 烟道弯头导流装置 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| HUANG Yue |
| HUANG Yue;WANG Guoqiang.Numerical Study on the Effects of Guide Vanes in 2-DComplicated Corner Flows.船舶力学.2000,4(6),13-19. * |
| WANG Guoqiang.Numerical Study on the Effects of Guide Vanes in 2-DComplicated Corner Flows.船舶力学.2000,4(6),13-19. |
| 周艳荣,谢振华.90°方截面弯管内气固两相流场的数值模拟.西安科技大学学报.2008,28(1),46-50. * |
| 张新育等.方截面弯管加导流板时湍流二次流数值模拟.浙江大学学报(自然科学版).1996,30(4),440-445. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101567026A (zh) | 2009-10-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101567026B (zh) | 一种输液管道导流结构减振弯头优化设计方法 | |
| Yang et al. | Energy characteristics and optimal design of diffuser meridian in an electrical submersible pump | |
| Araoye et al. | Investigation of flow through multi-stage restricting orifices | |
| Bing et al. | Multi-parameter optimization design, numerical simulation and performance test of mixed-flow pump impeller | |
| Stephen et al. | Numerical flow prediction in inlet pipe of vertical inline pump | |
| CN109325265A (zh) | 一种管道阀门降噪模型设计构建方法 | |
| CN103940495A (zh) | 基于流线的小流量超声流量计误差估算方法 | |
| CN111400941A (zh) | 一种叶片泵内部回流及回流旋涡空化的数值预测方法 | |
| Satish et al. | Comparison of flow analysis of a sudden and gradual change of pipe diameter using fluent software | |
| Yin et al. | Resistance reduction of an elbow with a guide vane based on the field synergy principle and viscous dissipation analysis | |
| Yin et al. | Comparison and analysis of energy loss and flow characteristics of T-junctions via secondary flow and entropy production | |
| Xu et al. | Cavitation performance of multistage slurry pump in deep-sea mining | |
| Bae et al. | Prediction of local pressure drop for turbulent flow in axisymmetric sudden expansions with chamfered edge | |
| Yin et al. | Low-resistance optimization and secondary flow analysis of elbows via a combination of orthogonal experiment design and simple comparison design | |
| CN108062444B (zh) | 弯管参数确定方法 | |
| CN105045987B (zh) | 孔板厚度对孔板能量损失系数的影响关系计算方法 | |
| Kim et al. | Multi objective optimization of a multiphase pump for offshore plants | |
| CN105718701A (zh) | 基于水泵特性三维空间图形的泵站泵型优选设计方法 | |
| CN208057529U (zh) | 一种有效抑制叶片表面空化的射流装置 | |
| Zhu et al. | Performance prediction of pump and pumping system based on combination of numerical simulation and non-full passage model test | |
| Yoneda et al. | Development of Prediction Tool for Flow-Accelerated Corrosion (1) Evaluation of Pipeline Layout Effect Considering Various Pipe Component Combinations | |
| Kalinkevych et al. | Numerical modeling of the flow in a vaneless diffuser of centrifugal compressor stage | |
| Checcucci et al. | Assessment of a neural-network-based optimization tool: a low specific-speed impeller application | |
| Wang et al. | Influences of flow rate and baffle spacing on hydraulic characteristics of a novel baffle dropshaft | |
| Yin et al. | Geometric parameters optimization of low resistance T-junction with guide vanes in HVAC system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101027 Termination date: 20120605 |