含尘气流对工业管道的冲蚀模拟研究
- 研究的背景及意义
工业管道是在工业领域内尤为重要的媒介，工业上的管道有许多连接点，同时运输的过程非常系统化，运输的物质也非常多，需经受住各种化学物质的腐蚀作用。只要有一个地方出现了问题，整个管道系统都可能出现问题，甚至影响工业设备的运行[1]。而含尘气流对工业管道的冲蚀正是造成管壁减薄和穿孔的重要原因之一。仅国内电站锅炉运行过程中，存在的尾部烟道及内部件的磨损问题，经济损失就高达千万元[2]，其他行业因工业管道内含尘气流冲蚀造成的财产损失更是不计其数。为此采用 FLUENT软件建立气固两相流管道冲蚀模型具有十分重要的意义。通过模拟计算，明确气固两相流管道受冲蚀最严重部位，分析气固两相流管道最大冲蚀率和颗粒沉积密度随气体流量、固体量和压力的变化规律，并针对管道冲蚀最严重部位提出了结构优化措施，从而获得更高的经济效益和安全保障。
2. 国内外研究现状
2.1冲蚀研究
2.1.1冲蚀磨损机理研究
20世纪50年代至今，建立的冲蚀磨损理论大致分为两大类: 塑性材料冲蚀机理和脆性材料冲蚀机理。
（1）塑性材料冲蚀磨损机理
1958 年，I.FINNIE［3］首次较为全面地定量表达了低冲击角下冲蚀率与冲击角的相互关系，提出微切削理论。其讨论时将冲击粒子视为刚体，在冲击下不开裂且不变形，故可将三维问题作二维处理。经实验证明，微切削理论能较完善地解释低冲击角下塑性材料受刚性颗粒的冲蚀情况，但却不能完全诠释高冲击角下材料的冲蚀情况。且该理论模型中粒子入射速度与受冲蚀材料失重率之间存在的二次方关系和大量实验数据有差异，不过这一问题已在 I.FINNIE 的后续相关文献中得到修正。
1963年J．G．A．BITTER提出冲蚀的变形磨损理论。该理论对塑性材料的冲蚀现象作出较好的解释，也在单颗粒冲蚀磨损试验机上得以验证, 但缺乏物理模型对其提供支撑。N．P．SUH也曾提出著名的磨损脱层理论，指出磨损的主要因素是显微组织而非硬度。
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