流体力学因素对液固两相流冲刷腐蚀的影响_代真
液固两相流体冲刷腐蚀的协同作用
其 中Ａ Ｗ 为冲刷腐蚀 的总失 重量 ， Ａ Ｗ 为仅 冲刷引起 的 失重量 ， ＡＷ。 为仅腐蚀引起 的失重量 ， △ 为冲刷和腐蚀 的协 同作用项 ： 因此 ， 冲刷腐蚀可 以看成是 一种材料 的剥蚀 ， 包括 电化学 腐蚀过程 和机械 冲刷磨损两种破 坏形式 。
表面热处理增加 硬度 以及 表面镀层 等 ， 减少介质流体对金属表 面的冲击 ， 进而减少 冲蚀发生。 （ ２ ） 由于腐蚀作用主要受 电化学腐 蚀影响 ， 可以通过隔绝 金属与腐蚀性介质 ， 如 表面涂装及表 面镀膜 ； 此外根 据电化学 原理 ． 可 以进行反 向加 载极化 电势进行 阴极保护 ， 最 大限度减 少腐蚀对金属 的作用 。 （ ３ ） 综合冲刷及腐蚀产生原 因与影响因素 ， 由于两者相互 促进 ， 共 同作用 ， 所以必须减少两者的促 进作 用 ， 如增加表面热 处理 的厚度 ， 那么被 冲刷的新表面 就不易被腐蚀 ； 增加 金属硬 度， 那么被腐蚀破坏 的表面也不易 被冲刷 ， 只要减少 冲刷和腐 蚀联系就会 降低材料总失 重量 ，从 而大幅度地减少 材料流失
１ 前 言
冲刷腐蚀又称磨损腐蚀 ，是金 属表面与腐蚀流体 之间由 于高速相对运动而 引起 的金属损坏现象 。影响 冲刷腐蚀包括 ： 材料机械性能（ 尤其是硬度） 、 表面粗糙度 、 耐蚀性能以及介质的 温度 、 ｐ Ｈ值 、 溶氧量 、 活性离子 的浓度 、 粘度 、 密度等等＿ ｌ １ 。电化 学腐 蚀在石油 、 化工 、 水电等工业 过程 中广泛存 在日 ， 首 先形成 电解 池 ， 在 不同电位金属离子 作用下形 成点蚀 ， 此时如果 有冲 刷作用则会加剧腐蚀。 液体 中颗粒的速度对金属表面 的增加了 剪切作用使磨损腐蚀加剧 ．腐蚀 与磨损 的交互作用强度很大 ， 并在适 中腐蚀性和磨损 条件 时可达极值［ ３ １ ４ ］ 。 ２ 国 内 外 液 固 两相 冲 刷 腐 蚀 现 状 美国 Ａ ． Ｌ ｅ ｖ ｙ等人从 环境 、 温度 、 粒 子冲击速度 、 粒 子冲击 角度 、合金靶材 的性能 等因素对金属 冲刷腐蚀率 的影 响出发 ， 讨论 了材料 的抗 冲蚀 性能 ， 特别是含铬 钢 、 镍 基合金在 固体粒 子冲击下 的剥落损伤速率［ ５ １ 。在 国内近几年主要是冲刷腐蚀 的 交互作用 ． 由于冲刷腐蚀是冲刷和腐蚀性流体腐蚀 同时作用的 结果 ， 因此 冲刷腐蚀就不仅仅是冲刷作用和腐蚀作用 的简单叠 加， 而 往 往 包 含 一 个较 大 的协 同作 用 。
液固两相流中金属冲刷腐蚀的研究
１ 冲 刷 腐 蚀 的 影 响 因素
液固两相 流中冲刷腐蚀是一个非 常复杂的过 程， 主要影响因素可分为流体力学 因素、 材料因素 、 两相流体 中的固相颗粒 因素、 电化学因素等 四个方 面， 四方面的因素交织在一起 ， 影响材料 冲刷腐蚀性
能。
料抗冲刷腐蚀性能 的影响分为两种情 况 ： 低速条件
摘 要
液固两相流中金属受冲刷和腐蚀行为的相互作用 ， 严重影 响材料 的寿命。影 响冲刷腐蚀 的因
素较多 ， 同的介质和不同的金属材料其冲刷腐蚀过程不 同。本文对 冲刷腐蚀的特征 、 不 影响因素、 机理进行了论述 ， 并提出了今后研究的方向。
关键词 ： 固两相 流 液 冲刷 腐蚀 影响 因素 机理 研 究
１ １ ３ 冲刷 角度 ．．
定强。因此在发展耐 冲刷腐蚀材料 时， 无论是调
整材料的成份 ， 还是调整热处理方法 ， 都应注意硬度 和耐腐蚀性 的合理搭配 。有时为了提高耐腐蚀性而 牺牲一定的耐磨性 ， 有时则 相反。耐冲刷腐蚀 材料
在组 织结 构上往 往 具 有 如 下 特 点 ， 在相 对 较 软 的 即
冲刷腐 蚀 （ ｒｓ ｎＣ ｒ ｓ ｎ 又称 为磨损 腐 Ｅ ｏｉ － ｏｒ ｉ ） ｏ ｏｏ 蚀， 是金属表面与腐蚀流体之间由于高速 相对运动
ｌ１ １ 流体 流速 ＿．
介质的流动对冲刷腐蚀 有两种作用 ： 质量传递
效应和表面切应力效应 。因此流体流速在冲刷腐蚀 过程中起着重要作用 ， 并直接影响冲刷腐蚀的机理 。
将腐蚀产物不断从金属表面剥离 ， 并且在金 属基 体 上产生划痕 ， 使腐蚀加剧。所以， 不具钝化特性 的金 属冲刷腐蚀失重率随冲刷速度 的增加而增大ｌ２ ＿－ １ 引。 、
液固两相流体力学的基础理论与应用
液固两相流体力学的基础理论与应用概述液固两相流体力学是研究液体和固体之间相互作用和运动规律的一门学科。
它主要涉及流体的力学性质、流体的运动规律以及流动介质的相互作用等方面内容。
本文将介绍液固两相流体力学的基础理论和应用。
基础理论流体力学基础液固两相流体力学起源于流体力学的基础理论。
流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科。
其中，静力学研究流体在静止状态下的力学性质，动力学研究流体在运动状态下的力学性质。
在液固两相流体力学中，需要研究流体在流动状态下与固体之间的相互作用，以及固体对流体流动的影响。
液固两相流模型液固两相流模型是研究液体和固体之间相互作用的数学模型。
其中，最常用的模型有欧拉-拉格朗日两相流模型和欧拉-欧拉两相流模型。
•欧拉-拉格朗日两相流模型：欧拉描述了流体的宏观运动规律，拉格朗日描述了固体的微观运动规律。
该模型将流体和固体描述为两个不同的参考系，通过求解两个参考系中的运动方程来研究液固两相流的运动规律。
•欧拉-欧拉两相流模型：该模型将流体和固体都描述为宏观参考系中的连续介质，通过求解两种连续介质的运动方程来研究液固两相流的运动规律。
该模型适用于流体与固体之间有明显相互作用的情况。
流态和相态的判定在液固两相流体力学中，流态和相态的判定是研究的重点之一。
流态指的是流体流动的状态，可以分为层流和湍流两种。
相态指的是流体在液相和气相之间的转变状态，可以分为液相、气相和两相共存三种。
•层流：流体在流动过程中，流线之间是平行且不交错的，流体粒子的相对运动是有序的。
层流流动的条件是：粘性力占主导地位，流速较低，管道直径较小。
•湍流：流体在流动过程中，流线之间交错和混乱，流体粒子的相对运动是无序的。
湍流流动的条件是：惯性力占主导地位，流速较高，管道直径较大。
•液相：流体以液态存在，分子间相互作用力较大。
•气相：流体以气态存在，分子间相互作用力较小。
•两相共存：流体中同时存在液相和气相。
应用液固两相流体力学的研究和应用涉及众多领域，下面介绍其中几个重要的应用。
缩径管内两相流砂粒碰撞和冲蚀特性研究
第 ２９ 卷 第 ６ 期
２０１８ 年 ３ 月
CHINA MECHANICALENGINEERING
Vo
l．
２９ No．
６
６７４
Ｇ
６８１
pp．
缩径管内两相流砂粒碰撞和冲蚀特性研究
姚利明１ 刘巨保１ 张宏岩２ 张晓川２ 岳欠杯１
东北石油大学机械科学与工程学院,大庆,
１．
１６３０００
此,本 文 采 用 CFDＧDEM 方 法 建 立 缩 径 管 两 相 流
模型,通过实验验证了数值模型的准确性,分析了
缩径管内砂粒的运动规律及其对两相流流态的影
响,得出砂比和黏度对冲蚀量的影响规律.
１ 固液两相流理论模型与实验平台
１．
１ 理论方法
１．
１．
１ 两相流理论
液固两 相 流 流 动 过 程 中,固 相 颗 粒 受 到 来 自
(
３)
可分解为法向接触力和切向接触力,法向接触力为
３/２
Fnij ＝ (
nnij
－knα －cnusij nnij )
(
７)
式中,下标i
α 为法向重叠
j 为颗粒i 与颗粒j 间的物理量;
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６７５
中国机械工程 第 ２９ 卷 第 ６ 期 ２０１８ 年 ３ 月下半月
描述,如图 １ 所示,其中液相采用欧拉多相流模型
求解 [１１Ｇ１２],固相颗粒采用 离 散 单 元 法 求 解. 液 相
和固相间相互作用主要通过曳力 Fd 以及网格单
元中液相体积分数αl 考虑,以实现图１a所示的网
格单元间液相质量及液固两相动量的交换.
流体动力学过程在流动腐蚀行为中的作用机制
化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2020年第39卷第S2期流体动力学过程在流动腐蚀行为中的作用机制王凯，南翠红，卢金玲（西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西西安710048）摘要：在流动体系中，流场作用对腐蚀行为中的力学、离子传质以及界面反应等过程有着复杂的耦合影响，不同金属材料、不同溶液环境下流体流动发挥的作用也复杂多变，这些因素加剧了流动环境下的腐蚀机理研究的困难性。
本文综述了流动腐蚀的研究现状，包括流动对腐蚀过程的影响机制、流动腐蚀研究的实验装置以及流动腐蚀中的关键影响因素，着重分析了流动通过改变腐蚀反应物/产物的质量传输速率对腐蚀反应动力学的影响机制，以及流动的剪切力作用对壁面产物膜的形成/破坏动力学过程的影响。
提出了流动腐蚀在腐蚀界面演化与流场的交互作用、时空尺度跨度、流场-离子传质-界面反应的多场耦合联系以及不同流体力学参数匹配性等方面有待解决的问题，展望了流动腐蚀的发展方向。
关键词：腐蚀；流体动力学；传质；界面反应；腐蚀产物膜中图分类号：TK17文献标志码：A文章编号：1000-6613（2020）S2-0008-11Mechanism of hydrodynamic process in flow corrosion behaviorWANG Kai ，NAN Cuihong ，LU Jinling(State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region of China,Xi ’an University of Technology,Xi ’an 710048,Shaanxi,China)Abstract:In the flow system,the flow field has a complex interaction with the mechanics,ion mass transfer and interface reaction of the corrosion behavior,and the effect of fluid flow is also complex and variable regarding to different metal materials under different solution environments,which aggravates the difficulty of investigating the corrosion mechanism in the flow environment.In this paper,the status of research on flow corrosion is comprehensively discussed,including the influencing mechanism of flow on the corrosion process,the experimental devices for flow corrosion research and the key factors in the flowcorrosion.In particular,the effect of flow on corrosion reaction kinetics is analyzed from two aspects:changing the mass transfer rate of corrosion reactants/products,altering the flow shear stress being associated with the formation/damage kinetics of wall products films.The problems to be solved are put forward,including the interaction of corrosion interface evolution and flow dynamics,the discrepancy inthe spatial and temporal scale,the multi-field coupling relation as well as the matching of different hydrodynamic parameters in flow corrosion and the further development trend is also proposed.Keywords:corrosion;hydrodynamics;mass transfer;interface reaction;corrosion product film综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0679收稿日期：2020-04-27；修改稿日期：2020-08-05。
燃料电池中多相流动的复杂流体力学特性研究
燃料电池中多相流动的复杂流体力学特性研究燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的高效能源装置，其工作原理是通过氧化还原反应将氢气和氧气转化为水，并产生电能的过程。
在燃料电池中，多相流动是一个十分重要的研究领域，因为流体力学特性对于电池性能和寿命有着重要的影响。
燃料电池中的多相流动是指在电池中存在两种或多种不同相态的物质共存并参与反应的情况。
最常见的多相流包括气液两相流、气固两相流和气液固三相流。
在燃料电池中，氢气和氧气在电解质膜中进行反应，产生水和电子，因此气体、液体和固体之间的相互作用十分复杂，需要深入研究其流体力学特性。
燃料电池中多相流动的复杂性主要表现在以下几个方面：首先，不同相态物质之间的传质和反应过程会导致燃料电池内部压力、温度和浓度的分布不均匀，影响电池的整体性能。
其次，多相流动会引起电池内部的液态水积聚问题，进一步影响反应速率和导电性能。
此外，多相流动还会导致电池内部的流动阻力增大，影响电池的输出功率和能效。
为了克服燃料电池中多相流动的这些问题，研究人员采用了各种实验和数值模拟方法来深入探讨多相流动的流体力学特性。
通过实验手段，可以观察到不同条件下的气液两相流动现象，如液态水在气流道中的积聚和传质现象，以及氢气和氧气在电解质膜中的反应速率和产物生成情况。
而数值模拟方法则可以通过建立多相流动的数学模型，模拟不同条件下各相态物质的运动规律和相互作用过程，为燃料电池设计和优化提供有力的依据。
在燃料电池中多相流动的流体力学特性研究中，液态水的管理是一个重要的研究方向。
由于燃料电池反应中必然会产生水蒸气，如果不能及时排除，就会在电池中积聚成液态水，从而阻碍氢氧反应的进行。
为了解决液态水积聚问题，研究人员提出了各种各样的方法，如气流道设计优化、涂层改性、温度控制等。
通过这些方法，可以有效地减少液态水在电池中的积聚，提高电池的效率和寿命。
另外，气液两相流动的传质问题也是燃料电池中多相流动研究的一个重要方面。
流动腐蚀研究进展_寇杰
流动腐蚀研究进展寇杰(中国石油大学(华东))惠军福(日照港(集团)岚山港务有限公司)摘要:流动腐蚀是引起腐蚀破坏的重要原因。
流动腐蚀是一个复杂的过程,其中介质的流速和流型对流动腐蚀具有十分重要的影响。
科学分类流动体系中所发生的腐蚀,有利于认识金属在流动体系的腐蚀机理,从而开发经济有效的防护措施,这对流动腐蚀的研究具有重要的指导意义。
关键词:流动腐蚀;实验;数值计算1 流动腐蚀分类流动腐蚀与静态腐蚀的区别在于:除了受电化学因素的作用外,流体力学因素对流动腐蚀将产生严重的影响。
流体力学因素与腐蚀电化学因素交互作用产生协同效应,使金属磨损腐蚀更加严重。
介质的流动不但促使腐蚀加剧,而且也严重影响着流动腐蚀的机理。
流动腐蚀是一个复杂的过程,其中,介质的流速和流型对流动腐蚀具有十分重要的影响[1]。
科学分类流动体系中所发生的腐蚀,有利于认识金属在流动体系的腐蚀机理,从而开发经济有效的防护措施,这对流动腐蚀研究具有重要的指导意义。
流动腐蚀分类如图1所示。
图1 流动腐蚀分类2 流动腐蚀的影响因素流动腐蚀的影响因素很多,流体力学影响因素包括流速流态、攻角、颗粒性质、流体性质等。
流体力学因素一般通过冲刷强度大小或传压过程来影响流动腐蚀性能。
2 1 流速流态流速流态对流动腐蚀具有十分重要的影响。
一方面许多腐蚀过程往往是扩散控制或混合控制体系,因而与反应物向材料表面的传输以及腐蚀产物向溶液本体的传输过程相关;另一方面,随时间的延长,受流速流态所决定的流动腐蚀形态会反过来进一步影响流速流态本身。
在流态发生突然变化的部位(如突然扩充、收缩、凸台、凹槽等),这种恶性循环会造成过流部件的过早失效。
工程实践表明,在多相流中段塞流型对管道的腐蚀最严重。
流体的流动状态可分为三种,它不仅取决于流速,而且与流体的物性、设备的几何形状有关,通常用雷诺数来判别。
2 2 攻角粒子入射的方向与试样表面的夹角称为攻角。
气/固冲蚀研究表明,延性材料和脆性材料遵循不同的规律[2],延性材料的最大冲蚀率发生在攻角为20 ~30 处,而脆性材料的最大冲蚀率则出现在接近90 处。
两相流体力学研究综述
两相流体力学研究综述1. 引言两相流是以工程热物理学为基础,为满足能源、动力、化工、石油、航空、电子、医药等工业进步的要求,而与数学、力学、信息、生物、环境、材料、计算机等学科相互融合交叉而逐步形成和发展起来的一门新兴交叉学科。
两相流早日形成统一的学术理论和成熟的应用技术,对21世纪全球所面临的生态环境和能源资源两个焦点问题的解决将有很大的推动作用,是人类在21世纪可持续发展中面临的重大技术问题之一。
该工程领域的突破能促进全球能源与环境经济的进步。
在瓦特(Watt)发明蒸汽机以后,随着工业技术的发展,两相流的研究开始得到重视。
1877年Boussines系统研究了明渠水流中泥沙的沉降和输运问题,1910年,Mallock研究了声波在泡沫液体介质中传播时强度的衰减过程。
20世纪40年代前,一些有价值的气液两相流不稳定性以及锅炉水循环中气液两相流问题的经典论文,以及研究成果分散在各工业部门,很少系统研究成果。
两相流的术语在20世纪30年代首先出现于美国的一些研究生论文中;1943年,苏联首先将这一术语应用于正式出版的学术刊物上;其后1949年在J.Ap-pl.Phys杂志上也出现了两相流(two-phase flow)这一名词。
中国对于两相流的研究起步于20世纪60年代。
20世纪80年代以来,除相关论文以外,陆续出版了一些关于两相流的教材和专著,如陈之航(1983)、佟庆理(1982)、陈学俊、林宗虎、张远君等(1987)、方丁酉(1988)、周强泰(1990)、周力行、李海青(1991)、吕砚山(1992)、刘大猷(1993)、郭烈锦(2002)、林建忠(2003)等。
虽然有如此多的文献和著作,但两相流的研究历史还不是很长,对于两相流的理论研究尚处于发展阶段,大量的问题还是靠试验和经验来解决,严格地从数学角度建立数学模型来解决问题,是两相流成为系统的科学还需要一个过程。
2. 两相流分类相是具有相同成分和相同物理、化学性质的均匀物质部分,即相是物质的单一状态,如固态、液态和气态。
碳钢在模拟海水中腐蚀行为的研究
碳钢在模拟海水中腐蚀行为的研究林飞;李琴【摘要】测定了低碳钢在静态与流动的模拟海水纯腐蚀失重率及其电化学行为，研究表明：动态比静态纯腐蚀失重率大，腐蚀速度随温度与流速的增大而增大。
【期刊名称】《江西化工》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】2页(P72-73)【关键词】纯腐蚀;失重率;电化学方法【作者】林飞;李琴【作者单位】南昌航空大学材料科学与工程学院;南昌航空大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TG142.71海洋资源的开发和利用离不开海上基础设施的建设，船舶、港口设施及跨海大桥等海洋工程结构使用大量的金属材料。
由于海洋苛刻的腐蚀环境，金属材料结构及建筑物的腐蚀不可避免。
金属材料一旦发生腐蚀不仅影响材料的外观，其机械性能也将发生变化，丧失应有的强度、硬度和韧性，直至材料完全失效，结构发生破坏［1－3］。
尤其是在流动海水中的腐蚀，造成的损失非常大。
海洋腐蚀的研究，可以为实海环境中生产设备的设计和维护提供有力的依据。
因此材料在海洋环境中的腐蚀数据积累及实验研究一直受到各国的重视［4－5］。
1 实验方法1.1 实验材料及药品选用低碳钢，实验药品有氯化钠、自来水、酒精、丙酮、脱脂棉、玻璃棒、烧杯若干。
1.2 实验条件采用自制动态模拟测试仪器，仪器测试系统包括:机械转动装置，温度控制装置，RST5200电化学测试系统，试样装夹系统。
采用失重法和电化学测试对低碳钢进行实验。
动态实验条件:温度分别为20℃，40℃和60℃，搅拌机的转速分别为250r/min、500r/min，以模拟不同的海水流动速度。
静态实验条件:温度分别为20℃，40℃和60℃。
失重法:腐蚀时间为72小时，平行试样5个，然后计算平均腐蚀量。
电化学测试，低碳钢电极采用环氧树脂包封，引出导线，只露出工作面，辅助电极为铂电极，参比电极用饱和甘汞电极。
实验前工作电极用砂纸打磨，丙酮除油后放入测试系统，进行电化学测量。
汽液两相流工作原理
汽液两相流工作原理
汽液两相流工作原理是指当液体和气体同时存在于管道或设备中时，两者之间产生相互作用和相互影响的流动现象。
在汽液两相流中，液体相和气体相以不同的形态共存。
在较低的流速下，液滴悬浮在气体的载流介质中，形成所谓的乳液两相流；而在较高的流速下，液滴则以雾状或薄膜形式分布于气态流体中，形成所谓的雾状两相流。
汽液两相流工作原理可以简单概括为以下几点：
1. 相变：在两相流过程中，液体相和气体相之间可能发生相变，例如液体蒸发为气体或饱和蒸汽凝结为液体。
相变过程会伴随着热量的吸收或释放，并且会对流体的性质和行为产生影响。
2. 流体力学特性：汽液两相流具有一系列的复杂流体力学特性，如液滴的分布、液膜的形成、气泡的产生和破裂等。
这些特性受到流速、压力、温度、流道几何形状等因素的影响。
3. 相互作用：在汽液两相流中，液体相和气体相之间通过各种物理和化学机制进行相互作用。
例如，液滴之间可能发生碰撞、合并或分裂，气泡可能在液体中形成悬浮液滴，并且气体相和液体相的相对流动会对两相流的行为产生显著影响。
总之，汽液两相流工作原理涉及到流体力学、相变、相互作用等多个方面。
了解和掌握它们对于设计和优化流体系统以及提高系统效率具有重要意义。
固液两相流与颗粒流的运动理论及实验研究
固液两相流与颗粒流的运动理论及实验研究随着流体力学与工程技术的发展，固液两相流与颗粒流的运动理论及实验研究也受到了广泛关注。
本研究旨在通过研究固液两相流与颗粒流的运动规律，以及该运动规律在工程应用中的应用，为深入理解固液两相流与颗粒流的运动机理提供理论支持。
一、固液两相流的运动机理固液两相流是由两种或多种相（固相和液相）组成的复杂流体系统，例如水和悬浮颗粒等。
固液两相流的运动机理主要受制于固相和液相的物理和化学性质，其运动行为受到流体流动、物理和化学作用的影响。
因此，在尺度上的运动规律拥有较大的变化，而且与尺度有关。
在宏观尺度上，固液两相流的运动机理主要受流体流动作用的影响，它的运动受到流体的静力、动力学和热力学三个层次的影响。
它由流体的压力梯度、粘度分布和外力作用所决定，同时受到流体温度与湿度等气象条件的影响。
在微观尺度上，固液两相流的运动受到物理和化学作用的影响，其物理作用主要有流体的内部变形、内部磨擦、液-固相间的表面张力以及液-固相间的多种相互作用等；其化学作用主要有液-固相间的溶质运移、化学反应等物理-化学过程。
二、颗粒流的运动机理颗粒流是由种类多样的颗粒组成的流体，这些颗粒的大小形状不同。
颗粒流的运动机理也是复杂的，受制于流体流动、物理和化学作用等多种因素的影响。
颗粒流的运动机理以流体流动为基础，由颗粒间的碰撞和相互作用以及颗粒与流体的相互作用的复合作用决定。
颗粒流的运动主要受到流体的压力分布、粘度分布、内部流速分布以及外力和激励力的影响。
颗粒流微观运动机理主要受到流体内部变形作用、颗粒间碰撞作用、颗粒间表面张力作用及溶质运移作用等多种物理和化学作用的影响，同时还受到气象条件的影响。
三、固液两相流与颗粒流的工程应用固液两相流与颗粒流的工程应用在实际工程中广泛存在，被广泛应用于冶金、陶瓷、石油、医药、化工、环境等行业的技术中。
固液两相流在化工工业中的应用十分广泛，常见的有气体-液体混合物的解离技术，比如油水分离；在陶瓷工业中，利用固液两相流技术可以研制出优质、高性能的陶瓷材料；在冶金工业中，固液两相流技术可以有效地把铁与煤粉混合物分离，从而获得高品位的铁粉；在石油工业中，固液两相流技术可以用来净化石油中的杂质；在环境保护中，固液两相流技术可以有效地去除水中的有害物质等。
P110油管用钢液固两相流体冲蚀实验研究
P110油管用钢液固两相流体冲蚀实验研究杨向同;周鹏遥;丁亮亮;王治国;窦益华【摘要】在油气井压裂改造过程中,高速含砂流体引起的冲蚀是油管失效的重要原因之一.利用自制的喷射式冲蚀实验装置,以3.5wt％ NaCl含砂流体为介质,研究了油井管常用的P110油管用钢冲蚀速率随冲蚀时间、介质流速和含砂量的影响.研究结果表明,在冲蚀时间60～ 90 min时,P110钢材的冲蚀速率趋于稳定;在传统的纯冲刷磨损公式E=KVn基础上,增加了腐蚀因子M对公式进行修正,与实验数据尤其是低流速时的实验数据拟合误差减小;砂含量在25 kg/m3时,冲蚀速率达到最大;继续增加含砂量时,颗粒之间碰撞消耗的动能使得冲蚀速率先减小,然后缓慢增加.实验结果为P110油管在新型储层改造中的应用提供了一定参考.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)030【总页数】4页(P140-143)【关键词】P110钢;3.5％ NaCl溶液;液固两相流体;冲刷腐蚀【作者】杨向同;周鹏遥;丁亮亮;王治国;窦益华【作者单位】中国石油塔里木油田分公司,库尔勒841000;中国石油塔里木油田分公司,库尔勒841000;中国石油塔里木油田分公司,库尔勒841000;西安石油大学机械工程学院,西安710065;西安石油大学机械工程学院,西安710065【正文语种】中文【中图分类】TE931P110油管用钢具有优良的机械性能以及良好的经济性，是油套管最常用钢材之一。
随着体积压裂、水力喷射压裂等新型储层改造工艺的发展[1]，含砂压裂液形成的液固两相流体高速流经油管内壁，在油管内壁或接头部位造成了严重的冲蚀[2，3]，严重时造成接头部位密封失效[4]，制约了此类传统油管在新型储层改造过程中的进一步应用。
20世纪60年代，Finnie I[5]提出了关于冲刷磨损的微切削理论。
之后各国学者从不同角度分析了单颗粒以及颗粒群碰撞对金属冲蚀速率的影响[6，7]。
浅谈换热器设计的一些结构和强度问题
浅谈换热器设计的一些结构和强度问题雷 勇 余子豪 中国成达工程有限公司 成都 ６１００４１摘要 本文结合标准对换热器的部分常见设计问题（例如防短路挡板的设置位置、防冲板的设置条件、换热器进出口的流通面积计算以及法兰的设计等）进行分析总结，给换热器的工程设计提供一定参考。
关键词 压力容器 换热器 结构设计 强度计算雷勇：高级工程师。
２００３年毕业于南京工业大学过程装备与控制工程专业。
主要从事压力容器设计工作。
联系电话：０２８ ６５５３０５２３，Ｅ ｍａｉｌ：ｌｅｉｙｏｎｇ＠ｃｈｅｎｇｄａ ｃｏｍ。
《热交换器》ＧＢ／Ｔ１５１－２０１４［１］是管壳式换热器的设计、制造、检验等方面的通用标准。
本文针对运用该标准进行换热器设计时遇到的部分常见问题进行分析总结，给换热器的工程设计提供一定的参考。
１ 防短路结构根据ＧＢ／Ｔ１５１－２０１４要求，短路宽度超过１６ｍｍ时应设置防短路结构，折流板缺口间距小于６个管心距时设置一对旁路挡板，超过６个管心距时每５～７个管心距增设一对旁路挡板；分程隔板槽背面或Ｕ形管式换热器管束中间每隔４～６个管心距设置１根挡管。
为起到防短路的作用，以上挡板均应设置在折流板重叠区，见图１；不应设置在折流板缺口区，见图２。
２ 防冲板设置防冲板的作用是防止进入换热器的流体对换热管直接产生冲蚀、腐蚀作用。
通常气液混合物的冲蚀能力比气体或液体的冲蚀能力更强，在气液混合物中，气体的流速比较快，液滴夹杂在气体里对于设备表面冲击力就比较大［２］。
对金属表面产生的磨蚀通常来自于液体或者夹杂着固体的气固混合物。
由于腐蚀流体和金属表面间的相对运动，引起金属的加速破坏或腐蚀，这类腐蚀常与金属表面上的湍流强度有关。
湍流使金属表面液体的搅动比层流时更为剧烈，使金属与介质的接触更为频繁，故通常叫做湍流腐蚀。
湍流腐蚀实际上是一种机械磨耗和腐蚀共同作用的结果［３］。
图１ 旁路挡板设在折流板重叠区图２ 旁路挡板设在折流板缺口区磨蚀的外表特征是槽、沟、波纹、圆孔和山谷形，还常常显示有方向性。
多相流体流动中的冲蚀现象分析
多相流体流动中的冲蚀现象分析引言多相流体流动中的冲蚀现象是工程领域中的一个重要问题。
冲蚀现象的发生会对流体流动的稳定性和工程设备的寿命产生不利影响。
因此，研究多相流体流动中的冲蚀现象具有重要的理论和实际意义。
本文将对多相流体流动中的冲蚀现象进行分析和探讨，以期提供有关冲蚀问题的科学理论支撑和工程实践指导。
一、多相流体流动的基本原理多相流体流动是指在同一空间中存在两种或两种以上的物质同时流动的现象。
根据不同的物理特性和流动规律，多相流可以分为气固、气液、液固等不同组合。
对于不同的多相流体系统，其流动行为和冲蚀特性会有所不同。
因此，在研究多相流体流动中的冲蚀现象时，需要首先理解多相流体流动的基本原理。
多相流体流动中的冲蚀现象通常是由高速流动流体对固体表面的撞击和摩擦引起的。
冲蚀过程中，流体中的固体颗粒被冲刷、侵蚀和破坏，最终导致固体表面的损坏和磨损。
冲蚀现象的发生取决于多种因素，包括流体性质、流速、固体表面的特性等。
因此，研究多相流体流动中的冲蚀现象需要综合考虑多个因素的影响。
二、多相流体流动中的冲蚀机理多相流体流动中的冲蚀机理是冲蚀研究的核心问题。
冲蚀机理的研究可以帮助我们深入理解冲蚀现象的发生和演化过程，为冲蚀问题的预测和控制提供理论依据。
冲蚀机理主要包括两个方面：液固冲蚀和气固冲蚀。
液固冲蚀是指在液相流动中，液体撞击固体表面造成的冲蚀现象。
而气固冲蚀是指在气相流动中，固体颗粒与气体流动的相互作用引起的冲蚀现象。
液固冲蚀和气固冲蚀的机制有一定的相似性，但也存在一些差异。
在液固冲蚀中，流体的流速和固体表面的材料性质是冲蚀机理的主要影响因素。
流体的高速冲击会导致固体表面的局部破坏和脱落，进而引起冲蚀现象。
固体表面的材料性质对冲蚀机理也具有重要影响。
例如，硬度大、表面粗糙的材料更容易发生冲蚀。
在气固冲蚀中，气体流动的速度和颗粒的性质是冲蚀机理的重要因素。
气体的高速流动会导致气固两相之间的摩擦和碰撞，进而引起冲蚀现象。
采矿工程中液固两相流的流变特性与输送机制分析
采矿工程中液固两相流的流变特性与输送机制分析液固两相流是采矿工程中一个重要的研究领域，对于提高矿石的处理效率和降低生产成本具有重要意义。
液固两相流的流变特性与输送机制分析是了解矿浆流动行为、优化工艺参数以及设计输送设备的关键。
在采矿工程中，矿浆的流变特性和输送机制是研究的重点，影响因素主要包括颗粒形状、颗粒大小分布、浓度以及流体的粘度等。
了解液固两相流体的流变特性对于能够准确预测矿浆在输送过程中的流动行为非常重要。
同时，深入探究矿浆的输送机制有助于改善工艺参数和设备设计，提高生产效率和经济效益。
液固两相流的流变特性是指矿浆在流动过程中的黏度、剪切应力和流变曲线等物理性质。
研究表明，矿浆的流变特性与其浓度、颗粒大小和形状密切相关。
一般而言，随着浓度的增加，矿浆的黏度也会增加。
此外，颗粒大小和形状对矿浆的流变特性也有较大影响。
液固两相流的输送机制包括固体颗粒的运动方式、相互作用以及流体相与固体相之间的相互关系等。
研究发现，在低速流动条件下，矿浆中的颗粒呈现层流运动的状态；而在高速流动条件下，固体颗粒会出现悬浮、携带和沉积等运动方式，形成离散相和连续相之间的相互作用。
此外，矿浆中的颗粒-颗粒、颗粒-液体之间的相互作用也会对输送机制产生重要影响。
为了准确分析液固两相流的流变特性与输送机制，研究人员运用了多种实验和数值模拟方法。
实验方法包括旋转流变仪、管道流变仪以及槽式流变仪等。
通过这些实验方法可以测量矿浆的黏度、流变曲线、剪切应力等参数。
数值模拟方法则直接通过计算机模拟矿浆的流动行为，分析其流体力学特性。
这两种方法通常结合使用，以获得更全面和准确的分析结果。
在进行液固两相流的流变特性与输送机制分析时，需要考虑不同条件下的实际应用情况。
这包括矿浆的温度、压力、PH值等因素对流变特性的影响，以及输送管道的尺寸、形状和材料等因素对输送机制的影响。
通过综合研究实验结果和数值模拟分析，可以建立起适用于不同工艺条件的流变特性模型和输送机制模型，为采矿工程的优化设计和操作提供科学依据。
液固两相流在工程流体力学中的应用分析
液固两相流在工程流体力学中的应用分析液固两相流是指同时存在液态和固态物质的流动状态。
在工程流体力学中，液固两相流的研究具有重要的理论意义和应用价值。
本文将从液固两相流的定义、性质、应用领域以及分析方法等方面进行探讨和分析。
首先，液固两相流的定义是指液态和固态物质以不同的形式共存，并在流动中相互作用的现象。
在实际应用中，液固两相流广泛存在于多个领域，如化工工艺、环境工程、石油钻井等。
液固两相流具有较复杂的物理特性，包括颗粒浓度、颗粒尺寸分布、流动模式等，这些特性对流体的性质和运动行为有较大影响。
其次，液固两相流在工程流体力学中的应用十分广泛。
在化工工艺中，液固两相流的分析可以用于选择合适的设备和工艺参数，以达到更好的反应效果和产品质量。
在环境工程中，液固两相流的研究可用于处理废水、废气和固体废物，提高环境污染治理效果。
在石油钻井中，液固两相流的分析有助于优化井下作业流程，提高油气开采效率。
此外，液固两相流还广泛应用于核工程、材料加工、粉体工程等领域。
针对液固两相流的应用分析，可采取不同的方法进行研究。
常用的分析方法包括实验研究、数值模拟和理论推导。
实验研究是通过构建实验平台，对液固两相流进行实时观测和测量，获取相关数据并进行分析。
数值模拟则是通过建立数学模型，运用计算机技术进行仿真计算，模拟液固两相流的运动行为和规律。
理论推导是通过分析流体的基本性质和物理原理，推导出液固两相流的相关公式和理论模型。
实际应用中，液固两相流的分析常常涉及到颗粒分散、沉降、输运等方面的问题。
例如，在化工工艺中，颗粒的分散和输送是液固两相流的关键问题之一。
研究人员可以通过粒子跟踪技术和流体力学方程相结合的方法，对颗粒的运动和输送进行分析和预测。
此外，颗粒的沉降也是液固两相流的重要研究内容之一。
在环境工程中，对颗粒的沉降行为进行分析，有助于优化废水处理工艺，降低颗粒物的排放浓度，保护环境。
综上所述，液固两相流在工程流体力学中具有广泛的应用。
管道两相流冲刷腐蚀的CFD研究进展
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ＣＦＤ ｏ ｆ Ｐｉ ｐｅ ｌ ｉ ｎｅ Ｅｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ－ Ｃｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ Ｔｗ ｏ Ｐｈａ ｓ ｅ Ｆｌ ｏ ｗ
ＺＨＡＯ Ｚｈｕ ａ ｎ ｇ， Ｙ ｕ － ｇｕ ｏ， Ｔ Ｉ ＡＮ Ｌｅ ｉ ， ＷＵ Ｄｏ ｎ ｇ
（ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆＰ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｌｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｉ ｈ ｕ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｆ ｕ ｓ ｈ ｕ ｎ １ １ ３ ０ ０１ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
赵 状 ，吴 玉 国 ， 田 曼 ，吴 栋
（ 辽宁 石油 化工 大学 石油 天然气 工 程学 院 ， 辽宁 抚 顺 １ １ ３ ０ ０ １）
摘
要 ： 介绍 了冲刷腐蚀对石化行业 的危 害 ，阐述了影响 冲刷腐蚀 的因素 ，即主要是流体力学 因素 、材
料 因素 、固相颗粒等 因素 的耦合作用 。对计算流体力学 （ Ｃ Ｆ Ｄ）方法在管道 防腐 中研究 的进展情况进 行总结 ， 指 出了研究 的优点和缺点 。Ｃ Ｆ Ｄ数值模拟为防腐蚀研究提供 了新 的方法 。通过模拟结果 可以预测腐蚀 的发生和 发展 ，并 为管道优化设计和工艺 防腐提供可靠 的理论依 据。 关 键 词 ：冲刷腐蚀 ；研究进展 ；Ｃ Ｆ Ｄ；腐蚀预测
ｉ ｔ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ． ＣＦＤ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｎ ｅ ｗ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏｒ ｆ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｎ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ — ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏｒ ｆ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｒｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｅｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ — ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ； Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ； ＣＦ Ｄ； Ｃｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
冲蚀研究现状
冲蚀磨损是指液体或固体以松散的小颗粒按一定的速度或角度对材料表面进行冲击所造成的一种材料损耗现象或过程。
它广泛存在于机械、冶金、能源、建材、航空、航天等许多工业部门，已成为材料破坏或设备失效的重要原因之一[63~65]。
根据流动介质和所携带相的特点，可以将冲蚀磨损分为六种不同的类型[66]：(1)喷砂型冲蚀，即气体介质携带固体颗粒对材料的冲蚀，其工程实例为烟气轮机、锅炉管道等出现的破坏；(2)水滴冲蚀(又称雨蚀)，即气体介质携带液滴对材料的冲蚀，其工程实例为高速飞行器、汽轮机叶片出现的破坏等；(3)泥浆(又称料浆)冲蚀，即液体介质携带固体颗粒对材料的冲蚀，其工程实例如水轮机叶片、泥浆泵叶轮出现的破坏；(4)气蚀(又称空蚀)，即液体介质携带气泡对材料的冲蚀，工程实例如船用螺旋桨、高压阀门密封面出现的破坏；还有两种类型为三相流冲蚀，即(5)气体介质同时携带液滴和固体颗粒对材料的冲蚀；(6)液体介质同时携带气泡和固体颗粒对材料的冲蚀。
本文研究的冲蚀磨损主要是固液两相，可以归到上述的第3 类。
1958 年，从Finnie. I 第一个冲蚀理论－微切削理论提出以来，许多研究者提出了一些关于冲蚀的模型[67~74]，但到目前为止，人们仍未能全面揭示材料冲蚀的内在机理[75]。
Finnie. I 解释了塑性材料在多角形磨粒、低冲击角下的磨损规律，但对高冲击角或脆性材料的冲蚀偏差较大；1963 年，Bitter[76]提出变形磨损理论，该理论在单颗粒冲蚀磨损试验机上得到验证，合理地解释了塑性材料的冲蚀现象，但缺乏物理模型的支持。
Levy[77]在大量实验的基础上提出来的锻压挤压理论：使用分步冲蚀试验法和单颗粒寻迹法研究冲蚀磨损的动态过程。
该理论较好地解释了显微切削模型难以解释的现象。
1979 年，Evans 等人提出的弹塑性压痕破裂理论[78]。
大量试验证明，该理论很好地反映了靶材和磨粒对冲蚀磨损的影响，试验值和理论值也较吻合，但不能解释脆性粒子以及高温下刚性粒子对脆性材料的冲蚀行为。
流体力学因素对液固两相流冲刷腐蚀的影响
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气 和溶 液温度 对除 湿量 的影 响不 明显 。④得 到 的关
Ｈｖ＆ ＡＣ， ０ ４， ４ ７ ２ — ６ ２ ０ ３ （ ）： ２２ ．
联 式与实 验吻合 较 好 ， 以用来 分 析 溶 液 与 空气 进 可 口参 数对 除湿 效果 的影 响 。
Ｋｅ ｒ ｓ ｔ — ｈ ｓ ｌｗ ； ｅｏ ｉｎ ｃ ｒｏ ｉｎ； ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ； Ｃ ｙ ｗｏ ｄ ： ｗｏ ｐ ａ ｅｆｏ ｒ ｓｏ —ｏ ｒ ｓｏ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉｓ ＦＤ； ｓｍ ｕａｉ ｎ ｉ ｌｔ ｏ
冲刷腐 蚀 又称 为 磨 损腐 蚀 ， 金 属 表 面 与腐 蚀 是
ｅ ｃ ｄ ｂ ｎ ａ ｔ ｒ ． ｅ ｅ ｆ ｃ ｓ ｏ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ａ ｔ ｒ ｎ ｅ ｏ ｉ ｎ ｃ ｒ ｏ ｉ ｎ ｈ ｖ ｅ ｎ ａ ａ ｎ ｅ ｙ ｍａ ｙ ｆ ｃｏ ｓ Ｔｈ ｆｅ ｔ ｆ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｆ ｃ ｏ ｓ ｏ ｒ ｓｏ － ｏ ｒ ｓｏ ａ ｅ ｂ ｅ ｎ — ｌ ｚ ｄ ｉ ｅ ａ ｌ Ａｎ ｏ ｐ ｔ ｔｏ ａ ｌ ｉ ｙ ａ ｃ ｏ ｔ ｒ ｓ ｕ ｅ ｏ ｓｍ ｕ ａ ｅ ａ ｔ ａ ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｙ ｅ ｎ ｄ ｔ ｉ． ｄ ｃ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｌ ｕ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｓｓ ｆｗａ ｅ ｉ ｓ ｄ ｔ ｉ ｌ ｔ ｃ ｕ ｌ ｎ ｉ ｏ ｓ ｉ ｆ ｃ ｉ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｒ ｓｏ — ｏ ｒ ｓｏ ｙ ｋ ｙ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｐ ｒ ｍ ｅ ｅ ｓ ｓ ｃ ｓ ｆ ｗ ａ ｅ ｓ ｅ ｒ ｓ ｒ ｓ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆｅ ｏ ｉ ｎ ｃ ｒ ｏ ｉ ｎ ｂ ｅ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ａ ａ ｔ ｒ ｕ ｈ ａ ｌ ｏ ｒ ｔ ， ｈ ａ ｔｅ ｓ ａ ｄ ｔ ｒ ｕ ｅ ｃ ｎ ｅ ｓｔ ｅ ｒ ｗａ １ ｎ ｕ ｂ ｌ ｎ ｅ ｉ ｔ ｎ ｉ ｎ ａ ｌ ｙ ．
流体动力学中的液固两相流动
流体动力学中的液固两相流动引言流体动力学是研究流体力学中各种流动现象的学科，其研究对象主要包括气体、液体和固体颗粒等。
在实际工程应用中，许多流动现象都涉及到流体与固体颗粒的相互作用，这种流动现象称为液固两相流动。
液固两相流动广泛应用于石油、化工、环境工程等领域，对于工程设计和工艺改进具有重要意义。
液固两相流动的基本特征液固两相流动是指在流动中同时存在液体和固体颗粒两种物质的流动现象。
液固两相流动的基本特征包括以下几个方面：1. 相互作用液固两相流动中，液体颗粒和固体颗粒之间会发生相互作用。
液体颗粒与固体颗粒之间存在粘性力、静压力、涡流运动等相互作用，这些作用力会对流动的性质产生影响。
2. 速度分布不均匀由于固体颗粒的存在，液固两相流动的速度分布通常呈现不均匀分布。
固体颗粒会对流体流动产生阻碍作用，使得流动速度在不同位置上存在差异。
3. 颗粒分布和浓度分布液固两相流动中，固体颗粒的分布和浓度分布是非常重要的参数。
固体颗粒的分布情况会影响流动的性质和流动阻力，而浓度分布则反映了流体与固体颗粒的相互作用强度。
液固两相流动的模型描述液固两相流动可以通过物理模型进行描述和分析。
在液固两相流动的模型中，液相和固相被视为两个独立的流体，各自具有不同的物理性质和运动规律。
1. 液相模型液相在液固两相流动中的模型可以采用连续介质模型进行描述。
在连续介质模型中，液相被视为一个连续的流体，其运动行为可以由连续介质力学方程进行描述，包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程等。
2. 固相模型固相在液固两相流动中的模型可以采用颗粒模型进行描述。
在颗粒模型中，固相被视为由大量颗粒组成的离散介质，每个颗粒具有一定的质量和形状。
针对固相颗粒的运动规律，可以采用离散元方法进行建模和计算，通过求解颗粒之间的相互作用力，确定固相的运动状态。
3. 相互作用模型为了描述液固两相流动中的相互作用过程，可以采用不同的相互作用模型。
常用的相互作用模型包括离散元法、多相流动模型、颗粒动力学模型等。
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气和溶液温度对除湿量的影响不明显。
④得到的关联式与实验吻合较好,可以用来分析溶液与空气进口参数对除湿效果的影响。
参考文献:[1] 张 村,施明恒.3种太阳能液体除湿空调系统除湿器的比较[J ].节能技术与产品,2002,23(6):29-32.[2] 徐学利,张立志,朱冬生.液体除湿研究与进展[J].暖通空调H v&AC,2004,34(7):22-26.[3] Sanman W Y,Alizad eh S.An Experimental Study of a CrossFlow T ype Plate H eat Ex changer for Dehu midification/Coolin g [J].Solar Energy,2002,73(1):59-71.[4] Arsh ad Khan Y.Cooling and Dehumidification Performance A -nalysis of Intern ally -Cooled Liquid Desiccan t Abs or bers [J ].Applied Thermal Engineering,1998,18(5):265-281.(张编)收稿日期:2006-05-26作者简介:代 真(1982-),男,山东滨州人,在读硕士研究生,主要从事化工设备与管道的可靠性研究。
文章编号:1000-7466(2006)06-0020-04流体力学因素对液固两相流冲刷腐蚀的影响代 真,段志祥,沈士明(南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京 210009)摘要:分析了流体力学因素对冲刷腐蚀的影响机制,并应用计算流体动力学(CFD)软件对流速、流动切应力以及近壁处的湍流强度等流体力学参数在冲蚀过程中的实际情况进行了数值模拟。
关键词:两相流体;冲刷腐蚀;流体力学;CF D;模拟中图分类号:TQ 050.9 文献标志码:AFactors on Erosion -Corrosion in Liquid -Solid Two -Phase Flow SystemDAI Zhen,DUAN Zh-i x iang,SH EN Sh-i ming (College of M echanical and Pow er Engineering,Nanjing U niv ersity of Technolog y,Nanjing 210009,China)Abstract :Ero sion -corrosion in liquid -solid tw o -phase flow system is very co mplicated and influ -enced by many facto rs.T he effects of hydrody namic facto rs on erosion -co rrosio n have been ana -ly zed in detail.A nd co mputational fluid dy namics softw are is used to sim ulate actual conditions in the process of erosio n -cor rosio n by key hydro dynamic parameters such as flow rate,shear stressand tur bulence intensity near w all.Key words :tw o -phase flow ;er osion -corro sion;hydrodynam ics;CFD;sim ulation冲刷腐蚀又称为磨损腐蚀,是金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动而引起的金属损坏现象,是材料受冲刷和腐蚀交互作用的结果,是一种危害性较大的局部腐蚀,在石油、化工等生产领域广泛存在。
暴露在运动流体中的所有设备,如料浆输送管道、泵的过流部件和阀门等,都会遭受到冲刷腐蚀的破坏,尤其是在含固相颗粒的双相流中,破坏更为严重。
冲刷腐蚀是一个很复杂的过程,影响因素众多,主要包括材料(冶金)、环境和流体力学3个方面。
过去人们通过失重实验以及各种流动条件下的电化学测量技术,对前两方面因素的影响做了较为深入的研究,并开展了冲刷和腐蚀交互作用的研究,以期揭示冲刷腐蚀的本质[1]。
相对而言,流体力学因素影响规律的研究尚未成熟。
因此,无论是对冲刷腐蚀实验结果的预测,还是对冲刷腐蚀机理的深入阐第35卷 第6期 石 油 化 工 设 备 V ol 35 N o 6 2006年11月 PET RO -CH EM ICA L EQ U IP M ENT N ov.2006述都受到限制。
1 流体力学因素影响机制1.1 流体流速介质的流动会产生质量传递效应和表面切应力效应,因此流体流速在冲刷腐蚀过程中起着重要作用,并直接影响冲刷腐蚀的机理。
对于不具有钝化特性的金属,特别是在中性条件下,氧的存在将会加速阳极金属的溶解。
因此,随着流速的提高,氧、二氧化碳等腐蚀剂与金属表面充分地接触,促进腐蚀。
另外,液流冲击金属表面,随着流速的提高,在悬浮固相颗粒作用下,切力矩作用增强,将腐蚀产物不断从金属表面剥离,并且在金属基体上产生划痕,使腐蚀加剧。
所以,不具有钝化特性的金属冲刷腐蚀失重率随着冲刷速度的增加而增大[2,3]。
对于有钝化特性的金属,只有当介质中加入了足够的氧化剂时才能产生钝态。
流速对钝化金属材料抗冲刷腐蚀性能的影响分为两种情况:①在低流速条件下,流速的提高增加了氧的传质过程,使钝化和再钝化能力提高,金属钝化占主导地位,冲刷作用相对较弱。
②在高流速下,流体对金属表面产生的附加剪切力增大,固相颗粒碰撞金属表面的速度和频率也增大,冲刷作用占主导地位,随着流速的提高,液固双相流冲刷对表面膜的破坏作用加剧,导致钝化膜剥落,金属重新裸露出来,从而加剧了金属的冲刷腐蚀[4]。
1.2 流体流动状态流体的流动状态有层流与湍流两种。
它不仅取决于流体的流速,而且还取决于流体的性质(如粘度、密度等)和设备的几何形状(如凸出物、缝隙以及突然改变流向的截面)。
不同的流动状态有不同的运动规律,其对冲刷腐蚀的影响也不一样。
层流时,供氧量比较少,但能形成保护膜,水体对金属的切应力小,不能破坏保护膜。
此时阴极反应呈现出氧扩散控制特征。
冲刷腐蚀受氧的扩散控制,比较缓慢。
湍流使金属与流体介质的接触更加频繁,不仅加速了腐蚀剂的供应和腐蚀产物的转移,而且增加了流体与金属之间的切应力。
这种应力会将金属腐蚀产物(包括保护膜)从基体上撕开并冲走,同时流体中固相颗粒物无规则地剧烈冲击金属表面,促进冲刷腐蚀[2]。
1.3 冲刷角度液固两相流作用在冲刷面上的力可分为水平和垂直分量,它们的损伤作用不同,水平分量对冲刷面产生切削作用,垂直分量对冲刷面产生撞击作用。
随着冲刷角度变化,这两种损伤交织作用。
小角度冲刷时,水平分量作用较强,因而切削是材料损失的主要原因。
大角度冲刷时,垂直分量作用较强,固相粒子撞击材料表面,这种损伤主要由两部分组成,一部分是由粒子冲击形成冲击坑及周围的突出唇,突出唇在随后的颗粒冲击下被冲掉。
另一部分是粒子冲击金属表面形成微裂纹,裂纹扩展使材料呈片状脱落。
因此,会存在某一冲刷角度,此时微切削和冲刷撞击共同作用产生的损伤最大,从而使材料的冲刷腐蚀失重率达到最大。
1.4 两相流体中的固相颗粒因素悬浮颗粒物对冲刷行为的影响参数主要在于其硬度、锋利性、粒径大小及质量浓度。
一般条件下,颗粒硬度越高,冲刷越严重。
多角粒子的切削作用要比圆形粒子的犁削作用产生更大的力学损伤。
粒径越大,冲刷速率也越大[5]。
颗粒质量浓度越大,冲刷腐蚀速率的绝对值越大,但高质量浓度条件下颗粒间的相互影响所引起的屏蔽效应使得其冲蚀效率降低[6]。
同时,流体中颗粒物也影响电极反应的传质过程。
颗粒物通过扩散层时加剧局部水体的搅动,破坏扩散层状态,使得金属与介质中氧化剂的接触更为频繁,从而促进腐蚀过程。
可见,液固两相流体系中流体对材料的冲刷和剪切作用,再加上固体颗粒的碰撞,促进了腐蚀过程。
流体力学因素与电化学腐蚀的交互作用不是简单的叠加,而是相互作用、彼此不可分割的。
冲刷腐蚀失重量m t=m e+m c+m ec,其中,m e、m c和m ec分别为电化学腐蚀失重量、流体力学冲刷失重量以及两者的交互作用所产生的质量损失[7]。
2 CF D数值模拟运用计算流体动力学CFD对流态进行数值仿真模拟计算。
尽管这种新的数值计算方法不能完全取代传统的实验测试,但是却可以减少实验和设计工作的盲目性和工作量,降低消耗并增加可靠度。
使传统的实验方法逐步退化为验证计算流体力学程序准确性与可靠性的一种手段[8]。
石化行业中,工业管道运行工况较为苛刻,极易产生局部冲刷腐蚀。
受常规检验技术及操作水平等限制,往往不能准确定位而易使危险部位漏检。
如对某企业1台服役10a的高压空冷器管束进行检测时,发现进口端腐蚀异常严重,而出口端几乎完好。
文中采用FLU EN T软件对此进行了模拟计21第6期 代 真,等:流体力学因素对液固两相流冲刷腐蚀的影响算,并将计算结果与实际工况进行比较。
2.1 数值模拟方程2.1.1 连续相基本方程连续相时均连续方程:t + x j( v j )=S =- n s m s (1)动量方程:t ( v i )+x j ( v j v i )=- p x i + x j e v i x j+ v j x i+ n s m sr s (v s i -v i )+v s S (2)其中e = + T T =C k 2标准k - 双方程模型:t ( k )+ x j ( v j k )=x je k kx j+G k +G s -(3)t ( )+ x j ( v j )= x jex j+k(G 1G k -G 2 +G 3 G s )(4)其中G k = Tv i x j +v j x i v ix jG s =- k isr s 2(k -C k kk s )+v iv s s n s n s x i式中, 为连续相的密度, s =n s m s ,为离散相的密度,kg/m 3;t 为时间,s;x i 、x j (i,j =1,2,3,i j )为直角坐标轴x 、y 和z ;v i 、v j (i,j =1,2,3,i j )为速度在x 、y 、z 方向上的分量,v s 为颗粒相速度,v s i 、v s j (i,j =1,2,3,i j )为颗粒相速度在x 、y 、z 方向上的分量,m/s;p 为压力,Pa;m s 为颗粒质量,kg ;n s 为单位体积的颗粒数,个/m 3;k 为湍流动能;k s 为颗粒相的湍流动能; 为湍流耗散率; rs 为颗粒动力响应时间; 为粘性系数, e 为有效粘性系数, T 为涡粘性系数;C 1=1 44,C 2=1 92,C 3=0 09, k =1 0, s =1 3,为湍流模型常数。