90°弯管气固两相流磨损研究

摘要

天然气在管道输送过程中，夹带的微小固体颗粒会对管道产生冲蚀磨损，进而引发管道失效。利用计算流体力学（CFD）软件能够模拟管内气固两相流流动预测壁面磨损量，但过往的（模拟）研究未能区分出磨损的不同阶段，仅采用单一的冲蚀磨损量预测模型。为此利用气固两相流流场结果，通过分界角β将磨损过程分为两个阶段：颗粒对壁面的冲击与颗粒对壁面的滑动或滚动。并将上述两个阶段采用不同的磨损量预测模型（Tulsa 模型与疲劳磨损模型）作为用户自定义函数（UDF）加入计算软件中。计算结果表明：磨损量随着颗粒直径、颗粒密度、气体流速、弯径比的增加而增加。磨损量随不同影响因素的变化趋势，与分界角的变化趋势相似，证明了分界角是一个能综合评价弯管冲蚀磨损特征的参数。利用拉格朗日法分析了颗粒的碰撞特征，结果表明：二次碰撞位置更加靠近弯管出口，极易位于弯管焊缝的热影响区内，磨损情况将会加剧，甚至加速焊缝热影响区内的微裂纹扩展。