[发明专利]一种冰浆清洗供水管道的模拟方法

说明书

本发明公开了一种冰浆清洗供水管道的模拟方法。本发明所述的冰浆清洗供水管道的模拟方法，包括构建一种水推动冰浆等温流动的物理模型、用于供水管道冲洗的冰浆固液两相的材料物性设置、水推动冰浆等温流动的边界条件设置、水推动冰浆等温流动的初始条件设置、冰浆清洗供水管道模型中的管道模型网格划分方法以及冰浆清洗供水管道模型求解条件的设置。本发明的数值模拟模型使用范围广，可模拟水推动冰浆等温流动，模型符合实际物理情况，模拟结果贴近实际供水管道冲洗情况，同时在保证模拟准确度的前提下节省了计算资源。

技术领域

本发明涉及管道清洗领域，具体涉及一种固液两相流清洗管道效果模拟的分析方法。

背景技术

目前常用的管道清洗方法中，清理法对管道的磨损程度大，难以保障管道清洗后保留完整的防腐层，且清洗所需的时间长，影响居民生活用水；而冲洗法只能应用于小口径管道的清洗，对于大口径长管道的清洗效果差，难以进行大范围的推广，同时耗水量大，无法满足我国节约用水的基本政策。由于冰浆具有一定的流动性、可以提供较高的剪切力，在清管过程中操作方便、耗水量少以及安全性高，冰浆清管成为了一种更高效的清管方法。

用于管道清洗的冰浆，由冰颗粒与氯化钠盐溶液混合而成，属于一种固液两相流流体，冰颗粒粒径为1mm左右，冰颗粒浓度在30％以上。现有的供水管道清洗模拟技术主要研究单相流液体以及气液两相流流体的供水管道清洗，而冰浆清洗供水管道的模拟，主要涉及到冰颗粒与液体的相互作用、冰颗粒间的相互作用。有别于冰浆流动的模拟，冰浆清洗供水管道的模拟还涉及到水推动冰浆流动时推动水与冰浆的相互作用。

发明内容

本发明通过构建一种固液两相流等温流动的模型来准确描述水流推动冰浆的流动过程，并且计算和提取出整个清洗过程中流体的流动特征，为冰浆清管效果分析提供数据。

本发明提供以下技术方案：一种冰浆清洗供水管道的模拟方法，包括以下步骤：

S1：构建水推动冰浆等温流动的物理模型，所述物理模型的构建为先建立固、液两相的瞬时、局部守恒方程，再建立两相流控制方程和相间作用力的模型；

所述控制方程包括固、液两相的连续相方程，固、液两相的动量方程，固、液两相的剪切力方程，湍流方程以及用以封闭固相作用力的粘度方程，所述粘度方程基于颗粒动力学理论；

所述相间作用力模型包括拖曳力、升力以及湍流扩散力模型；

S2：设置用于供水管道冲洗的冰浆固液两相的材料物性；

S3：设置水推动冰浆等温流动的边界条件；

S4：设置水推动冰浆等温流动的初始条件；

S5：网格划分冰浆清洗供水管道模型中的管道模型；

S6：设置冰浆清洗供水管道模型求解条件。

进一步地，所述步骤S1中，由于冰浆中的冰颗粒与氯化钠溶液为不可压缩流体，所述固、液两相的连续相方程如下：

式中，α_L——液相体积分数；

α_S——固相体积分数；

ρ_L——液相密度，单位为kg/m³；

ρ_S——固相密度，单位为kg/m³；

u_L——液相速度，单位为m/s；

u_S——固相速度，单位为m/s；

所述动量方程包括液相动量方程和固相动量方程，所述液相动量方程如下：