冲蚀

冲蚀是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的

一类磨损现象。其定义可以描述为固相表面同含有固相粒子的流体接触做相对运动其表面材料所发生的损耗。携带固相粒子的流体可以是高速气流，也可以是液流。

天然气中的固相杂质在高速流动时会冲蚀管壁，这对管壁有非常大的剪切和冲蚀作用。而不同的天然气输量会造成管道中天然气速度、固相速度、固相浓度等参数沿管道剖面不断变化从而使得混合物的冲蚀能力发生变化。流体及磨粒速度、冲蚀角度、冲蚀时间、硬度等影响因素，弯头曲率半径和外形改变对其冲蚀磨损也有较大影响。

对针形节流阀进行气固两相流冲刷磨蚀的数值仿真，得到节流阀阀腔受介质冲蚀严重的部位，提出了降低节流阀冲蚀磨损率的措施。

粒子对材料的冲蚀程度可以用冲蚀率来衡量，其定义为单位重量粒子对材料造成的重量损失。冲击角指粒子入射轨迹与靶材表面的夹角。粒子的速度是影响材料冲蚀率的重要因素，当介质的流速大于冲蚀临界流速，粒子的冲击速度与材料的冲蚀率:ε=Kv n。当粒子的尺寸在20~200μm之间时，磨损率与粒子尺寸(假定为球形)成正相关；而当粒子的大小增加到临界值D时，粒子的大小继续增加，磨损率却几乎保持不变，这种现象称为“尺寸效应”。相对颗粒高速撞击壁面产生的冲蚀磨损，接触磨损对材料的磨损程度要小的多。

对材料冲蚀的研究多采用旋转冲蚀试验机来完成。采用开放式系统, 混有磨料颗粒的高压水完成对试件的冲蚀作用后不再循环使用, 从而避免了旋转冲蚀试验机冲蚀作用变弱（经与试件和器壁碰撞后会

发生破碎、尺寸减小等现象）的缺点。随着颗粒冲击角的逐步增大, 冲蚀速率呈现了先增大, 当冲击角为。时冲蚀速率达到45°最大值, 后减小, 直至冲击角达到90°。对于脆性材料颗粒的垂直入射角低于15°时对材料有剧烈冲蚀作用。塑性材料在15～30°冲蚀角时,冲蚀磨损率出现最大值,脆性材料在一般情况下最大冲蚀磨损率在接近90°冲蚀角处。

当入射角偏向弯头内管壁时，最大冲蚀率随着入射角的增大而增大。当入射角偏向外侧管壁时，入射角为15°时弯头的最大冲蚀率最大。弯头的最大冲蚀率在曲率半径为2D 时较小，当曲率半径大于3D 时，随着曲率半径的增大，弯头的最大冲蚀率随之减少。方形弯头的最大冲蚀率小于相同曲率半径的圆形弯头。所以通过改变弯头的曲率半径和外形，都可以减小弯头的最大冲蚀磨损速率。冲蚀磨损的最大位置发生在弯头入口成50°的位置。

k －ε湍流模型、Schnerr －Saur 空化模型、随机轨道模型、冲蚀磨损模型、k-ε双方程模型、拉格朗日离散相模型。冲蚀方程包括Finnie 的切削磨损方程、Bitter 的变形和切削磨损方程及Tulsa 大学的冲蚀磨损模型。

常见的壁面碰撞恢复方程包括Forder的恢复系数以及Grant 等的stochastic 恢复系数

高温差含固多相流三通失效机理复杂，存在金属热疲劳，露点腐蚀及冲蚀磨损等多种形式。

激波驱动气固两相流原理能应用于冲蚀磨损试验研究中，建成的

新型试验系统的最大激波马赫数为2．3，颗粒速度可达200 m/s 以上，冲击角度为15 ～90°间。

，采用欧拉-拉格朗日的数值模拟方法对烟机内的

气固二相流动，特别是对固体颗粒相的运动规律进行了探索研究。结果表明：粒径较小( ＜3 μm) 的颗粒易在叶片压力面上发生沉积和结垢，粒径较大( 20 μm) 的颗粒易引起叶片的冲蚀与磨损。

将主管道向焦炭塔内部延伸一定长度可以改变连续相气体介质

的流动状态，从而改变小粒径离散相颗粒的运动轨迹，改善管壁减薄严重部位的冲刷磨损。

柱塞式节流阀的结构比笼套式节流的结构更合理, 柱塞式的结

构能让气流从外笼套外表面的各个方向进入节流孔, 利于笼套的均

匀冲蚀, 进而可以延长笼套的使用寿命。

冲蚀磨损的磨屑类型

(1) 由于冲击粒子的切削作用,材料以切削屑的形式脱离表面;

(2) 由于冲击时发生脆性断裂,材料以薄片屑的形式从冲击形成的层状表面脱离;

(3) 冲击时由于表面唇状物或其它凸起部分发生断裂,材料以簇团屑的形式脱离表面。

(4)犁削变形是球形或者圆滑的椭圆形磨粒对流体机械的主要磨损方式，而棱角比较多的磨粒对流体机械的磨损则以切削方式为主。

建模的边界条件

a) 入口采用速度入口边界。

b) 出口采用压力出口边界。

c) 壁面采用无滑移条件,近壁采用标准壁面函数条件。

d) 对称面施加对称边界条件。

按照流体介质的种类分类，冲蚀磨损可以分为喷砂型喷嘴冲蚀、泥浆喷嘴冲蚀、雨蚀、水滴冲蚀和气蚀性喷嘴冲蚀四种

根据磨损机理的不同，可把磨损分为磨料磨损、腐蚀磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损和微振磨损等类型。

冲蚀磨损有两种基本类型:冲刷磨损、撞击磨损

按结构形式分，国内外常见的液固两相流冲蚀磨损试验装置主要有三种：管流式、喷射式、旋转式。

直角弯管的磨损区域主要集中于90°弯角内侧和下游管道紧接流动分离区域的内侧壁面