Page 49 - 《摩擦学学报》2020年第6期

732 6 10 μm 摩 擦 学 学 报 6 10 μm 第 40 卷

Erosion rate/[10 −8 kg/(m 2 ·s)] 5 4 3 2 40 μm Erosion rate/[10 −6 kg/(m 2 ·s)] 5 4 3 2 40 μm

70 μm
70 μm
100 μm
100 μm
130 μm
130 μm
1
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Degree/(°) Degree/(°)
#
(a) 2 elbow pipe 5 10 μm (b) 7 elbow pipe
#
6
Erosion rate/[10 −6 kg/(m 2 ·s)] 5 4 3 2 40 μm Erosion rate/[10 −6 kg/(m 2 ·s)] 4 3 2 1 40 μm
10 μm
70 μm
70 μm
100 μm
100 μm
130 μm
130 μm
1
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Degree/(°) Length
(c) 9 elbow pipe (d) 5 variable diameter pipe
#
#

# # # #
Fig. 8 Effect of particle size on the erosion rate of the 2 (a)，7 (b)，9 (c) elbows and 5 variable diameter pipe (d)
图 8 粒径对2号弯管(a)、7号弯管(b)、9号弯管(c)和5号变径管(d)冲蚀率的影响
DPM-erosion
8.00E−08 DPM-erosion
7.58E−08 2.00E−08
7.16E−08 1.89E−08
6.74E−08 Velocity/(m/s) 1.79E−08
6.32E−08 1.2 1.69E−08 Velocity/(m/s)
5.89E−08 1.1 1.58E−08 1.2
4.57E−08 Y 1.0 1.47E−08 1.1
5.05E−08 0.9 1.36E−08 Y 1.0
4.63E−08 0.8 1.26E−08 0.9
4.21E−08 0.7 1.16E−08 0.8
3.79E−08 Z X 0.6 1.05E−08 0.7
3.37E−08 0.5 9.47E−09 Z X 0.6
2.95E−08 0.4 8.42E−09 0.5
2.53E−08 0.3 7.39E−09 0.4
2.11E−08 0.2 6.32E−09 0.3
1.68E−08 0.1 5.26E−09 0.2
1.26E−08 4.21E−09 0.1
8.42E−09 3.16E−09
4.21E−09 2.11E−09
0 1.05E−09
0
(a) Elbow with a blind pipe (b) Elbow with a vortex chamber

Fig. 9 Erosion rate cloud map (left) and velocity vector diagram (right) of the elbow with a blind pipe (a)，the elbow
with a vortex chamber (b)
图 9 盲通弯管(a)和涡室弯管(b)的冲蚀云图(左侧)和速度矢量图(右侧)
磨损增加，当粒径增加到一定值后，流体对颗粒的携 的冲蚀峰.
带作用减弱，颗粒的部分冲击能量用于克服重力，减 2.4 弯管优化分析
少了对管道的冲蚀作用. 上述研究显示，弯管由于自身结构原因，其流场
对于5号变径管而言，当粒径10 μm时，其最大冲 会在弯管处发生急剧的变化，其外拱处是冲蚀的高危
蚀率值最高，随着粒径的增大，其最大冲蚀率呈下降 区域，严重影响管道的服役寿命，影响日常生产. 针对
趋势，且冲蚀高危区逐渐向前(渐缩处)扩展. 这是因 该问题，采用盲通管和涡室结构对弯管的结构进行优
为，流体对小粒径颗粒的携带作用较强，当遇到截面 化 [27-28] ，分析其对弯管冲蚀磨损行为的影响.
逐渐变小的变径管时，颗粒运动轨迹会随着流体运动 盲通管结构设计的目的是引导流体进行回流，与
发生变化，直接冲击壁面的作用较弱，但小粒径颗粒 下游流体碰撞可抵消部分撞击壁面的能量，以达到减
在涡流携带作用下会加剧了对特定位置的冲击作用， 小壁面冲蚀的效果. 本文作者在弯管结构的基础上设
因而其呈现高且窄的冲蚀率峰. 随着粒径增加，流体 置了盲通管结构进行分析，结果如图11(a)所示. 结果
的携带作用减弱且颗粒的惯性作用增强，颗粒直接撞 显示，与弯管相比，盲型弯管在一定程度上减缓了弯
击逐渐收缩变径管的壁面作用增强，但随涡流运动的 管拱背的冲蚀情况，但在盲通管和弯管的连接处有着
2
−7
冲击作用减弱，因此大粒径颗粒条件下呈现出低且宽 严重的冲蚀情形，最大冲蚀率达到了2.0×10 kg/(m ·s)，