Page 46 - 《摩擦学学报》2020年第6期

第 6 期 乔小溪, 等: 固-液两相流黑水管道冲蚀磨损的数值模拟研究 729

Pressure Velocity
670000 Inlet 19
660000 Inlet 18
650000 17
640000 16
630000 Inlet Inlet 15
620000
610000 14
600000 13
590000 Y Y Y X 12
580000 11
570000 10
560000 Z X Z X Z X Z Y 9
550000 8
540000 7
530000 Outlet Outlet 6
520000 Outlet Outlet 5
510000
500000 4
490000 3
480000 (a) 2 elbow pipe 2
#
470000 1
Inlet Inlet Inlet Inlet
Pressure Velocity
670000 19
660000 Y Z Z X 18
650000 17
640000 16
630000 15
620000 Z X Y X Y X Z Y 14
610000
600000 13
590000 12
580000 11
570000 10
560000 9
550000 8
540000 7
530000 6
520000 5
510000 Outlet Outlet Outlet
500000 Outlet 4
490000 3
480000 2
470000 (b) 7 elbow pipe 1
#
Pressure Outlet Velocity
670000 X X 19
660000 Z Z 18
650000 17
640000 Y Outlet Y 16
630000 15
620000 14
610000 Outlet
600000 13
590000 Outlet 12
580000 11
570000 10
560000 9
550000 Inlet 8
540000 7
530000 6
520000 5
510000 Inlet 4
500000 Inlet Inlet
490000 3
480000 2
470000 # 1
(c) 9 elbow pipe
Pressure Velocity
Inlet Inlet Inlet Inlet
670000 19
660000 18
650000 17
640000 16
630000 15
620000 14
610000
600000 13
590000 12
580000 11
570000 10
560000 9
550000 8
540000 7
530000 6
520000
510000 5 4
500000
490000 Outlet Outlet Outlet Outlet 3
480000 2
470000 1
#
(d) 5 variable diameter pipe

# # # #
Fig. 4 Pressure (left) and velocity cloud map (right) of 2 (a)，7 (b)，9 (c) elbows and 5 variable diameter pipe (d)
图 4 2号弯管(a)，7号弯管(b)，9号弯管(c)和5号变径管(d)的压力云图(左侧)及速度云图(右侧)
变化导致速度的急剧变化，形成二次流、回流和漩涡 要因素之一. 对于整个管线而言，入口处流体速度较
等 ，部分颗粒在涡流的携带作用下增加了对壁面撞 低，如图4(a)中2号弯管速度云图所示. 当流体经过变
[20]
击的频率，加剧对材料的剥落磨损. 当介质流经变径 径管后，流体速度增加，如图4(b~d)的速度云图所示，
管时，流体在惯性力作用下先保持原先的流动状态， 因此，流速较低2号弯管和与之连接的水平和垂直管
其携带的颗粒在渐缩处与管壁碰撞，使管道壁面产生 道均具有较小的冲蚀率，而7号、9号弯管和与之相连
冲蚀磨损. 同时，由于管道截面的减小使流体压力降 的水平和垂直管道具有较大的冲蚀率.
低速度增大，流体在渐缩处与壁面碰撞后在此处形成 进一步仿真分析了2号、7号、9号弯管和5号变径
了涡流，部分颗粒在涡流携带作用下回旋运动，运动 管内流体的冲击角度，结果如图5所示，其中弯管横坐
距离和停留时间变长，致使其更频繁撞击壁面；且渐 标含义如图1所示，变径管横坐标为沿着变径管入口
缩处流速由高速区向低速区转换迅速，如图4(d)变径 开始平均提取的9个位置，位置间隔为1D. 冲蚀是由流
管速度截面图所示，更加剧了颗粒的冲蚀磨损作用. 体携带固体颗粒冲击固体表面造成的材料损失，因此
同时，流体速度也是影响管道冲蚀磨损形式的重 冲击角度会密切影响管道冲蚀磨损行为. 颗粒撞击壁