潘海麗 張亞新

【摘要】新疆某石化公司的10-K-302C離心式甲烷制冷壓縮機(jī)自2009年9月開(kāi)機(jī)以來(lái)，潤(rùn)滑油管線振動(dòng)位移一直較大。為了分析潤(rùn)滑油是否是造成管道振動(dòng)的因素，采用Ansys Workbench有限元軟件模擬了管道內(nèi)潤(rùn)滑油耦合前后的動(dòng)力特性，分析了潤(rùn)滑油在耦合前后的壓力、速度變化情況，得到流體速度在彎管處變化過(guò)大產(chǎn)生了較大的沖量對(duì)管道位移過(guò)大有著重要影響。

【關(guān)鍵詞】輸油管道 workbench 雙向流固耦合 流體動(dòng)力學(xué)

1 引言

流體動(dòng)力學(xué)是研究流體平衡的條件及壓強(qiáng)分布、流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律、以及流體與固體之間的相互作用等，研究結(jié)果對(duì)分析管道的振動(dòng)及影響因素有重要意義。本文針對(duì)新疆某石化公司的10-K-302C離心式甲烷制冷壓縮機(jī)自開(kāi)機(jī)以來(lái)潤(rùn)滑油管線振動(dòng)較大的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)管內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬分析，得出了流體耦合前后動(dòng)力特性的變化及管道振動(dòng)的原因。

2 雙向流固耦合分析原理

流固耦合要遵循質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律、能量守恒，所以在流固耦合交界面處，應(yīng)滿(mǎn)足流體域固體應(yīng)力（σ）、位移（d）、溫度（T）、熱流量（q）等變量的相等或守恒，即滿(mǎn)足下面四個(gè)方程：

σ分別為液體、固體應(yīng)力。

3 流體和管道的計(jì)算模型

就10-K-302C離心式甲烷制冷壓縮機(jī)裝置的潤(rùn)滑油管線位移較大現(xiàn)象，通過(guò)分析潤(rùn)滑油耦合前后的動(dòng)力學(xué)特性，找出流體運(yùn)動(dòng)特性，對(duì)尋找該管道振動(dòng)原因有重要指導(dǎo)作用。出口管道的管路圖如圖1：選取潤(rùn)滑油在彎管中心軸線處的1、、2、、3、、4、點(diǎn)，及在出口處5、為觀測(cè)點(diǎn)。

圖3 耦合后潤(rùn)滑油速度流線圖

耦合前后潤(rùn)滑油與管道接觸壁面的壓力云圖4和圖5。絕對(duì)壓力均在入口處較大，彎頭處較其連接處的直管壓力較大。耦合前潤(rùn)滑油壁面的最大絕對(duì)壓力為772KPa，最小絕對(duì)壓力為759.9KPa，壓力波動(dòng)值為1.58%，壓力波動(dòng)較小。流固耦合后接觸壁面的壓力大小和分布與耦合前幾乎相同。圖5 耦合后潤(rùn)滑油壁面絕對(duì)壓力

4.2 耦合前后流體觀測(cè)點(diǎn)隨時(shí)間的變化對(duì)比

觀察觀測(cè)點(diǎn)在耦合前后軸向速度和壓力隨時(shí)間變化曲線（圖6、7）。從圖6、7可以看出，潤(rùn)滑油在耦合前后各個(gè)彎頭處的測(cè)試點(diǎn)的速度相差較大，同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間不同；耦合前測(cè)試點(diǎn)3、4、達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)，出口處的穩(wěn)定速度較入口變大；耦合后2、、3、、4、速度波動(dòng)較大且要達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間比較長(zhǎng)；耦合前后彎管處的1、、2、、3、、4、的壓力同時(shí)達(dá)到了最值；耦合后除了初始階段壓力值波動(dòng)較大外，穩(wěn)定時(shí)間和穩(wěn)定值都一樣。