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一种结合沉降实验用于管道冲蚀研究的算法
1. 主要摘要
本文提出了一种结合沉降实验和数值模拟的算法，用于研究水力压裂管道中的颗粒冲蚀行为。通过沉降实验获得不同Stokes数下的颗粒碰撞恢复系数（e），将其融入优化的CFD-DEM模型中，从而改进颗粒-流体两相耦合计算精度。实验验证了模型的准确性，显示传统CFD-DEM方法在高黏性非牛顿流体中的碰撞模拟误差较大。此外，模拟分析了弯头和三通管道在不同流速和结构参数下的冲蚀行为，揭示了颗粒碰撞、分布及冲蚀严重程度的演变规律。研究结果为优化管道设计和降低冲蚀风险提供了理论支持。
2. 引言
水力压裂技术在油气开发中广泛应用，但高砂比压裂液对管道的冲蚀问题引发了设备失效的风险，尤其是在弯头和三通等特殊形状管道中。颗粒碰撞、局部流场和管壁受力的复杂性使得冲蚀行为的理论建模和数值预测具有挑战性。本文通过实验和优化CFD-DEM方法，研究高黏性非牛顿流体中颗粒运动的关键参数，并模拟了实际工况下的冲蚀分布和强度。
3. 主要内容
2. 优化求解算法
3. 弯头冲蚀分析
3.1 流速的影响
3.2 曲率比的影响
4. 三通冲蚀分析
4.1 管径比的影响
4.2 流速的影响
5. 模型验证与工程应用
5.1 模型验证
5.2 工程应用建议
1. 提出了一种优化的CFD-DEM算法，用于高黏性非牛顿流体中的颗粒运动与冲蚀模拟，显著提高了模型精度。
2. 弯头和三通管道的冲蚀分布依赖于流速、曲率比和管径比。
流速越高，冲蚀越严重；较大的曲率比和管径比能够降低冲蚀强度并改善颗粒分布。
3. 本研究结果可为实际管道设计提供指导。
通过优化结构参数（如增加曲率比、合理调整管径比），可有效降低管道冲蚀风险并延长设备寿命。
6. 参考文献
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM模拟分析水力压裂工程中的两相流动问题
一区TOP期刊《Computers and Geotechnics》— VOF-DEM耦合探讨多孔介质的应变敏感特性
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM裂缝性地层颗粒-流体渗流模拟
一区TOP期刊《Energy》— VOF-DEM耦合模拟气-液-固多相流混合过程中的传质
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM模拟颗粒在页岩孔隙中堵塞问题
一区TOP期刊《Energy》— 高剪切流动的 CFD-DEM 数值模拟方法
一区TOP期刊《Energy》— 超临界 CO2热泵系统扁管气体冷却器结构分析与优化
