模拟分析小颗粒对T型管的冲蚀

方案，控制方程采用一阶迎风格式进行离散。天然气的密度设置为0.717kg/m³，动力粘度为1.7894e^-5Pa·s，固体颗粒的密度为2000kg/m³，选择微粒的形状为球形，直径为10μm，颗粒的入口速度为10m/s。

3 计算结果分析

3.1 不同入口速度下的冲蚀模拟结果

保证入口2入口速度为10m/s和出口的条件不变，分别设置入口1的速度为5、10、20和30m/s，观察管壁的冲蚀结果。结果如图3所示（a：5m/s、b：10m/s、c：20m/s、d：30m/s）：

从模拟结果我们可以看出随着入口1的速度改变，管壁冲蚀的位置也发生了变化。入口速度越大，冲蚀位置越往出口方向移动。在管壁上形成的冲蚀的形状也发生了变化，在5m/s和10m/s的入口速度下，冲蚀形成的形状为较为均匀的椭圆形；在20m/s和30m/s的入口速度下，冲蚀形成的形状为喷射状靠近入口1的方向不在有冲蚀。但是从最大冲蚀率来分析，冲蚀率并不随入口1的速度单调变化，在入口速度为5m/s时最大冲蚀为2.14e^-6，在入口速度为10m/s时最大冲蚀为2.12e^-6，在入口速度为20m/s时最大冲蚀率达到了3.14e^-6，在入口速度为30m/s时最大冲蚀为2.86e^-6。从冲蚀率的计算公式可以看出，其受多个变量的控制，当入口1的流速变化时会改变颗粒冲击壁面的角度和颗粒与管壁接触的面积进而影响冲蚀率。

3.2 不同入口速度下T型管内的流场

为了分析在T型管内产生上述冲蚀结果，分别对产生对应冲蚀结果的流场进行分析。主要分析T型管内的压力场、速度场和流线情况。如图4（a：5m/s、b：10m/s、c：20m/s、d：30m/s）为T型管内的压力场分布。

为了分析在T型管内产生上述冲蚀结果，分别对产生对应冲蚀结果的流场进行分析。主要分析T型管内的压力场、速度场和流线情况。如图5（a：5m/s、b：10m/s、c：20m/s、d：30m/s）为T型管内的压力场分布。从压力场云图可以看出在三管交接处或形成一个负压区，从模拟结果可以看出当入口1流速为30m/s时，负压区的压力最低。当入口2流速为10m/s时负压区的压力最高。这说明两个入口速度越接近形成的负压区压力会较高。

为了更加更加清楚的分析微粒的运动，我们从管道内的速度云图和流线图来分析，如图5所示（a：5m/s、b：10m/s、c：20m/s、d：30m/s）。從速度云图和流线图我们可以看到在三管交接处会有漩涡的形成，同时入口1处的速度越大在交界处的下壁面处形成的流速越大，这样会降低从入口2进入的颗粒到达壁面概率同时改变颗粒的运动轨迹，使在管道下壁面产生冲蚀的位置发生改变。

4 结论

利用FLUENT对两入口一出口的T型管道墨香内的流场和速度场进行了模拟分析，保证携带有颗粒的入口的速度不变，改变另外一个入口的速度，看其对压力场和速度场的影响。着重分析流速的改变对管壁冲蚀产生的影响。

1）天然气在管道内输送过程中，其夹带的金属颗粒或未分离干净的固相颗粒因为高速流动会对管壁产生较大的冲蚀磨损。尤其是在流向发生变化的地方，冲蚀会更加严重，需要在生产中特别注意。

2）在T型管这种特殊的管件中，冲蚀磨损更加严重，如果有两个入口端尽量保持两个入口端的速度接近以降低冲蚀的影响。但是对于实际问题还需考虑颗粒和管壁的特性。

3）在长距离管输天然气中尽量减少T型管和弯头的使用，因为这些部位会受到管流的直接冲击，冲蚀损伤较一般直管段会成倍增加。