Vibrations of a vertical 90° pipe bend under two-phase flow conditions

管道 冯·米塞斯屈服准则 机械 有限元法 结构工程 材料科学 振动 表面速度 计算流体力学 流量(数学) 工程类 岩土工程 物理 机械工程 声学
作者
Shah Danial Shah Reza,Mohammad Rasidi Rasani
出处
期刊:International Journal of Structural Integrity [Emerald (MCB UP)]
卷期号:13 (6): 885-906 被引量:3
标识
DOI:10.1108/ijsi-03-2022-0028
摘要

Purpose A simulation framework that includes a finite element analysis (FEA) and computational fluid dynamics (CFD) model is generated to study the effect of unstable two-phase flow-induced vibrations at a vertical 90° pipe bend. The corresponding fluid-structure interaction (FSI) of an unstable flow may pose danger to the piping structure. This paper intends to discuss this interaction. Design/methodology/approach Four cases of flows under the slug flow and churn flow regimes were investigated. The flow regimes vary in superficial gas velocities with velocities from 0.978 m/s to 9.04 m/s, while the superficial liquid velocity is kept constant at 0.61 m/s. The pipe model consists of an internal diameter of 0.0525 m, a bend radius of 0.0762 m, and a stainless-steel pipe structure. Findings Results show that the average unstable void fractions increase with the superficial gas velocities, but the peak frequencies were constant at 13 Hz for three of the cases. The total displacement and von Mises stress increase with a declining rate in each subsequent case, while the RMS of von Mises stress begins to stall at superficial gas velocities between 5 m/s and 9.04 m/s. The peak frequencies of von Mises stress decrease in each subsequent case. Originality/value The proposed model can be used to investigate the FSI effect of unstable void fractions at pipe bends and could assist in the development of piping systems in which the use of piping elements arranged close together are unavoidable.

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