输气管道弯头处固体颗粒侵蚀的数值分析

摘要

数值分析方法是预测管道内固体颗粒侵蚀的有效手段.本文验证了数值分析过程中求解输气弯头处固体颗粒侵蚀的每一步骤,即模拟流场、跟踪颗粒、计算侵蚀;在每一步骤中使用不同模型,通过与实验数据对比选择最优求解方法.使用五种不同的湍流模型计算输气弯头处的速度场;使用离散相与连续相的单向耦合与双向耦合方法跟踪颗粒的运动状态;基于颗粒撞击要素,使用四种颗粒冲蚀模型计算弯头侵蚀;基于相似性准则,计算不同模型尺度下侵蚀速率的无量纲数.通过与实验数据进行对比可知:剪切应力传输模型是计算输气弯头内流场的最优湍流模型;离散相与连续相的双向耦合模型对于颗粒运动状态的预测更为精确;Oka颗粒冲蚀模型能够更为准确地计算各流场条件下的固体颗粒侵蚀结果;固体颗粒侵蚀的数值方法符合相似性准则,低输沙率时计算精度更高.