[发明专利]T型管道冷热流体混合过程中降低热疲劳的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及热疲劳防护技术领域，特别是涉及一种T型管道冷热 流体混合过程中降低热疲劳的装置和方法。

背景技术

在石油化工、航空航天、核电厂和热电厂、暖通空调、液化天然 气终端等许多领域都存在大量的T型管道，现有技术的一种三维T 型管道冷热流体混合过程如图1所示，其中主管和支管截面都为正方 形，主管边长d_m为100mm，支管边长d_b为50mm；主管入口为热水， 入口温度T_h为343.48K，入口速度为0.15m/s；支管入口为冷水，入 口温度T_c为296.78K，入口速度为0.3m/s。在T型管道中的冷热流体 混合流动过程中，由于浮升力和惯性力的影响，T型管壁面一时受低 温流体冲击，一时受高温流体冲击，其内部的冷热流体混合引起的温 度波动，容易诱发T型管道热疲劳，导致T型管道失效，特别是对 于高温、高压、剧毒、有放射性流体在T型管道的混合引起的热疲劳， 更要受到重视。

发明内容

本发明实施例要解决的问题是提供一种T型管道冷热流体混合 过程中降低热疲劳的装置和方法，以克服现有技术中在T型管道内部 的冷热流体混合引起的温度波动容易诱发T型管道热疲劳的缺陷。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供一种T型管道冷 热流体混合过程中降低热疲劳的装置，所述装置由安装于所述T型管 道的冷热流体混合区中的多孔介质构成。

其中，所述多孔介质的固体骨架的导热系数大于流体的导热系 数。

其中，所述多孔介质的材料为金属或非金属。

其中，所述多孔介质整体式或堆积式安装到所述T型管道中。

其中，所述多孔介质的孔隙率为2％～98％。

其中，所述多孔介质的材料为金属时，所述多孔介质为紫铜烧结 球。

其中，所述冷热流体混合区以各支管轴线交点为中心，向各支管 轴线延伸距离为其当量半径的4～12倍。

本发明实施例的技术方案还提供一种T型管道冷热流体混合过 程中降低热疲劳的方法，所述方法通过在T型管道的冷热流体混合区 中填充多孔介质，以降低所述T型管道的热疲劳；所述冷热流体混合 区以各支管轴线交点为中心，向各支管轴线延伸距离为其当量半径的 4～12倍。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

本发明通过在T型管道流体混合区中填充多孔介质，约束冷热流 体混合过程中的速度波动和温度波动，从而削弱冷热流体对管壁的热 冲击，有效降低瞬时温度和时均温度以及温度波动幅度，改善瞬时温 度波动的能谱特性，降低T型管道热疲劳。

附图说明

图1为现有技术的一种T型管道冷热流体混合过程示意图；

图2为本发明的一种安装有降低热疲劳装置的T型管道的三视图；

图3为本发明实施例的一种T型管道冷热流体混合过程示意图；

图4为图1过程中的某时刻截面y/d_b＝0的温度云图和速度矢量图；

图5为图3过程中的某时刻截面y/d_b＝0的温度云图和速度矢量图；

图6为本发明实施例的主管中有无填充多孔介质情形截面 y/d_b＝0.7的时均无量纲温度对比图；

图7为本发明实施例的主管中有无填充多孔介质情形截面 y/d_b＝0.7的均方根无量纲温度对比图；

图8为本发明实施例的主管中有无填充多孔介质情形三个位置点 上的瞬时无量纲温度随时间变化图；

图9为本发明实施例的主管中有无填充多孔介质情形温度变化最 大的两个位置点上的瞬时温度平方值的能谱密度图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细 描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。