含错边焊缝缺陷弯管气固两相流冲蚀磨损研究

摘要

在天然气输送系统中，当考虑弯管焊接缺陷时，结构特征差异导致的流场变化会使弯管产生不同的冲蚀特性。采用Computational Fluid Dynamics-Discrete Phase Model(CFD-DPM)方法研究不同颗粒参数、弯管导向、缺陷高度及颗粒入射角度下无错边焊缝弯管、外错边焊缝弯管、内错边焊缝弯管的介质流态特征与冲蚀规律。研究结果表明：(1)气体在弯管部位出现二次流动现象，速度分布出现扭曲，其中外错边焊缝弯管速度分布曲线扭曲幅度大，二次流作用效应最明显；(2)流体速度对冲蚀速率的影响最大，两者呈幂指数函数关系，质量流量次之，与冲蚀速率呈线性函数关系，颗粒粒径的影响最小，与冲蚀速率近似呈线性函数关系；(3)外错边焊缝弯管会在弯头处形成第二冲蚀磨损严重区域，而内错边焊缝与无错边焊缝弯管冲蚀效果相似，均只有1个冲蚀严重区域；(4)当流体在竖直管流向一致时，“H-V”导向弯管最大冲蚀速率均大于“V-H”导向弯管，在不同弯管导向下外错边焊缝弯管冲蚀速率最大；(5)弯管最外侧最大磨损位置随着错边高度发生变化，在一定高度下会使弯头内壁形成第二冲蚀磨损严重区域，且错边高度越大，弯头最外侧所受冲蚀速率越大；(6)颗粒的入射角度会影响弯管的冲蚀效应，其影响程度需结合入口直管长度与颗粒运动状态分析。

关键词

焊缝错边缺陷 / 气固两相流 / 冲蚀磨损 / 固体颗粒 / 弯管导向 / 入射角度

基金资助

国家自然科学基金(42271453)