液固兩相流體系典型管材磨損特性實(shí)驗(yàn)及數(shù)值預(yù)測(cè).pdf

1、沖刷磨損是指材料表面和流動(dòng)的介質(zhì)之間由于高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象，一般廣泛存在于化工、能源、冶金、采礦等行業(yè)中。煤氣化工藝過(guò)程中輸運(yùn)的多相流介質(zhì)具有溫度高、固體顆粒濃度高、壓差大、速度快等特點(diǎn)，管道、閥門等設(shè)備極易發(fā)生沖刷磨損，一旦發(fā)生減薄穿孔，將造成嚴(yán)重安全事故。其失效機(jī)理較為復(fù)雜，目前還沒(méi)有一套有效的預(yù)測(cè)及校核方法。因此，對(duì)典型管材的磨損特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并結(jié)合實(shí)際的工程案例進(jìn)行分析預(yù)測(cè)及校核，對(duì)提升化工企業(yè)的設(shè)備安全運(yùn)行具有重要

2、的意義。
　　本文用自制的旋轉(zhuǎn)式液固磨損實(shí)驗(yàn)裝置，以實(shí)際工程案例為背景，開(kāi)展液固兩相流中典型管材的沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)研究。確定黑水角閥的沖蝕磨損率模型參數(shù)，并運(yùn)用有限元分析方法對(duì)黑水角閥進(jìn)行仿真分析計(jì)算，研究液固兩相流沖蝕磨損機(jī)理表征及預(yù)測(cè)方法。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)旋轉(zhuǎn)式液固磨損實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行仿真，研究流體介質(zhì)中顆粒對(duì)壁面的碰撞規(guī)律，沖擊角度的變化，取得實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)方向、固相分率分布、

3、顆粒撞擊速度等參數(shù)，建立典型管材的侵蝕磨損實(shí)驗(yàn)方案。
　　(2)采用自制旋轉(zhuǎn)式液固磨損裝置，針對(duì)煤化工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況和設(shè)備典型管材(316L和304L)進(jìn)行不同沖擊角度、沖擊速度、漿體濃度和沖蝕時(shí)間的實(shí)驗(yàn)研究，揭示在液固兩相流體系下典型管材的沖蝕磨損機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在低沖擊角度下，材料沖蝕機(jī)理以犁溝切削磨損為主，在高沖擊角度下，以鍛打變形磨損為主。確定黑水角閥的沖蝕磨損率模型參數(shù)。
　　(3)結(jié)合旋轉(zhuǎn)式液固兩相流沖蝕實(shí)驗(yàn)裝

4、置的有限元仿真計(jì)算和典型管材的磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)論，用選定參數(shù)后的顆粒軌道磨損模型對(duì)黑水角閥內(nèi)部的流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值分析預(yù)測(cè):黑水介質(zhì)進(jìn)入角閥，因角閥流道為縮放結(jié)構(gòu)，在閥腔拐點(diǎn)和出口縮頸處流速增快，磨損十分嚴(yán)重。數(shù)值預(yù)測(cè)與案例解剖結(jié)果吻合。
　　本文研究創(chuàng)新性在于:1）采用有限元方法分析實(shí)驗(yàn)裝置可行性，探索旋轉(zhuǎn)式實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)部參數(shù)變化規(guī)律;2）采用實(shí)際管材和工況進(jìn)行液固沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)，選定適用于黑水角閥沖蝕磨損失效模型的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)沖蝕磨損定量預(yù)