减阻剂对管道内流动结构及安全性影响研究

第11卷第5期2015年5月中国安全生产科学技术JournalofSafetyScienceandTechnologyVo1．11No．5Mav2015文章编号：1673—193X(2015)一05—0051—07减阻剂对管道内流动结构及安全性影响研究吴轩天牛f(1．中国安全生产科学研究院，北京100012；2．重大危险源监控与事故应急技术国家安全监管总局安全生产重点实验室，北京100012)摘要：减阻剂可以有效改变管道内流动结构，减少流动阻力，在保证管道输量的前提下，降低管道的工作压力，提高管道的安全性能。采用Giesekus模型对表面活性剂减阻流动进行直接数值模拟，并基于模拟计算结果，采用小波多分辨分析方法研究减阻剂对流动结构的影响，定量计算减阻剂的作用效果，分析其对管道运行安全的影响。计算结果表明：在减阻剂作用下，流向速度分量的大尺度脉动所含能量显著增强，与牛顿流体相比，减阻流体的大尺度结构增大约1．5倍，而小尺度流动结构明显减少，进一步证明了减阻剂对小尺度湍流结构的抑制作用。得到的减阻率为47．07％，可使管道在较低压力下运行，降低管道的安全风险，提升管道的安全性能。关键词：减阻剂；管道安全；直接数值模拟；小波分析；多尺度流动结构中图分类号：X937；TE973文献标志码：Adoi：10．11731／j．issn．1673—193x．2015．05．008Influenceonflowstructuresandsafetyofpipelinebydrag-reducingadditivesWUXuan，(1．ChinaAcademyofSafetyScienceandTechnology，Beijing100012，China；2．KeyLaboratoryofMajorHazardControlandAccidentEmergencyTechnology，StateAdministrationofWorkSafety，Beijing100012，China)Abstract：Thefrictionalresistanceoffluidflowcanbereducedobservablybydrag—reducingadditivesthroughchangingtheflowstructureofpipeline，whichcankeeppipelinesoperatingatlowerpressureandmuchsaferstateinpremiseofsamethroughput．Inthispaper，theGiesekusmodelwasadoptedfordirectnumericalsimulationofsurfactantdrag—reducingflow．BasedonDNSdata，waveletanalysiswasemployedtoinvestigatetheeffectofdrag—reducingadditivestoflowstructureandpipelinesafety，andthedrag-reducingratewascalculated．Theresultsshowedthatundertheefectofdrag—reducingadditives，theenergycontainedinlargescalefluctuationofstreamwisevelocityincreasesapparently，thelargescalestructureincreases1．5timescomparedwiththeNewtonianfluid，meanwhilethesmallscaleflowstructurereducessignificantly．Itisfurtherprovedthatdragreducingadditivescanextremelysuppresssmallscaleturbulencestructure．Theobtaineddragreductionratewas47．07％．whichcanmakethepipelinerunningatlowerpressurewithmuchlowersafetyrisk，SOastoimprovethesafetyperformanceofpipeline．Keywords：drag—reducingadditives；pipelinesafety；directnumericalsimulation；waveletanalysis；multi—scalefl0Wstrt】ctures收稿日期：2015—04—30作者简介：吴轩，博士，工程师。}基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BA