含错边焊缝缺陷弯管气固两相流冲蚀磨损研究

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。