水平管内cross流体携砂数值模拟毕业论文0611.docx

毕业设计（论文）任务书题 目水平管内cross流体携砂数值模拟学生姓名陈浩学号201106090125专业班级热动1101设计（论文）内容及基本要求课题背景与来源:在石油化工、能源动力工业中，相比于牛顿流体，非牛顿流体具有更强的携砂能力。在流速较小时，通常可以忽略流体的黏弹性，而将流体处理成幂律流体或者具有低剪切速率平台区（零剪切黏度）的黏性非牛顿流体。研究此类流体在水平管中的携砂流动，对化工分离、混合以及化学反应、水力输送等工业过程具有极为重要的指导作用。本文利用数值模拟技术研究水平管中非牛顿幂律流体、Cross流体中颗粒分布特性，旨在探索幂律流体与cross流体中颗粒在水平管中的分布规律，为此类流体携砂流动工程应用提供一定的参考。1．查阅相关文献资料15篇以上（英文要求至少2篇），掌握非牛顿幂律流体、Cross流体的本构方程，此类流体在化工过程机械专业的应用背景。撰写开题报告一篇。2.完成非牛顿幂律流体、Cross流体在水平管中携砂两相流动规律，分析流速、砂比对管内砂粒浓度分布以及流动压降的影响。主要研究内容有：（1）牛顿流体和非牛顿流体中，水平管中两相流动理论分析和文献综述；（2）水平管中液固两相流动模型建立以及网格划分（模型优化、网格无关性验证）；（3）幂律指数对颗粒和有效粘度在水平管内分布规律的影响；（4）Cross流体零剪切黏度对颗粒和粘度在水平管内分布规律的影响；（5）流速和砂含量对颗粒分布规律及压降的影响。3.绘制化工机械类设备图纸一张（A0）。4.翻译外文资料一篇，不少于15000个字符5.编写设计说明计算书一份，打印成册。设计（论文）起止时间2015年1月 12日 至 2015年6月14日设计（论文）地点指导教师签名年 月 日系（教研室）主任签名年 月 日学生签名年 月 日水平管中cross流体携砂数值模拟摘 要：在能源、石油化工等工程领域，水煤浆管道输送、锅炉水力除渣、页岩气井水力压裂等工业过程都是典型的固液两相流。相对于牛顿流体，非牛顿流体往往具有更强的固体颗粒输送能力。但是对于非牛顿流体携砂管道流动机理的研究尚存在很多不足。论文以水平井水力压裂工况为工程背景，应用CFD多相流理论，基于Fluent软件，首先对牛顿流体、幂律流体以及Cross流体在水平管道中的流动特性进行了分析，在相同的流速下，Cross流体的流动压降更小，主要是因为其速度分布在靠近管道中心部分更加接近于“柱塞流”。其次，利用混合Granular模型，分析了三种流体的携砂性能。分析了陶粒固相颗粒在三种流体中的分布规律，得到了在相同的入口流速下，Cross流体相对于牛顿和幂律流体的携砂压降更小，陶粒在管道截面的分布更加均匀。最后，对Cross流体携砂流动进行了参数敏感性分析。Cross流体参数中，零剪切粘度越大、幂律指数越大、松弛时间越小，携砂能力越好。关键词：多相流；数值模拟；Cross流体；携砂能力Numerical investigations of Cross-sands slurry flow in horizontal pipelineAbstract: Liquid-solid two phase flow is common in many engineering fields such as energy, petrochemical, coal slurry pipelines, water boiler slag, shale gas well hydraulic fracturing and other industrial processes are typical phase flow. Non-Newtonian fluids have stronger solid particle transport capabilities compared with Newtonian fluid. However, for the non-Newtonian fluid flow mechanism carrying sand pipeline, there are a lot of problems to be not solved.In this paper, CFD method was used to simulate the liquid-solid two phase flow in the horizontal tube. Firstly, the flow properties based on the Newtonian fluid, Power law fluid and Cross fluid models were analyzed in horizontal pip