液固兩相流體系典型管材磨損特性實驗及數(shù)值預測.pdf

1、沖刷磨損是指材料表面和流動的介質之間由于高速相對運動產(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。煤氣化工藝過程中輸運的多相流介質具有溫度高、固體顆粒濃度高、壓差大、速度快等特點，管道、閥門等設備極易發(fā)生沖刷磨損，一旦發(fā)生減薄穿孔，將造成嚴重安全事故。其失效機理較為復雜，目前還沒有一套有效的預測及校核方法。因此，對典型管材的磨損特性進行實驗研究，并結合實際的工程案例進行分析預測及校核，對提升化工企業(yè)的設備安全運行具有重要

2、的意義。
　　本文用自制的旋轉式液固磨損實驗裝置，以實際工程案例為背景，開展液固兩相流中典型管材的沖蝕磨損實驗研究。確定黑水角閥的沖蝕磨損率模型參數(shù)，并運用有限元分析方法對黑水角閥進行仿真分析計算，研究液固兩相流沖蝕磨損機理表征及預測方法。本論文的主要研究內(nèi)容和結論如下:
　　(1)運用計算機軟件對旋轉式液固磨損實驗裝置進行仿真，研究流體介質中顆粒對壁面的碰撞規(guī)律，沖擊角度的變化，取得實驗裝置內(nèi)介質的流動方向、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驗方案。
　　(2)采用自制旋轉式液固磨損裝置，針對煤化工現(xiàn)場實際工況和設備典型管材(316L和304L)進行不同沖擊角度、沖擊速度、漿體濃度和沖蝕時間的實驗研究，揭示在液固兩相流體系下典型管材的沖蝕磨損機理。實驗結果表明:在低沖擊角度下，材料沖蝕機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)結合旋轉式液固兩相流沖蝕實驗裝

4、置的有限元仿真計算和典型管材的磨損實驗結論，用選定參數(shù)后的顆粒軌道磨損模型對黑水角閥內(nèi)部的流動特性進行數(shù)值分析預測:黑水介質進入角閥，因角閥流道為縮放結構，在閥腔拐點和出口縮頸處流速增快，磨損十分嚴重。數(shù)值預測與案例解剖結果吻合。
　　本文研究創(chuàng)新性在于:1）采用有限元方法分析實驗裝置可行性，探索旋轉式實驗裝置內(nèi)部參數(shù)變化規(guī)律;2）采用實際管材和工況進行液固沖蝕磨損實驗，選定適用于黑水角閥沖蝕磨損失效模型的參數(shù)，實現(xiàn)沖蝕磨損定量預