2023年第1期化学工程与装备2023年1月ChemicalEngineering&Equipment1高压管汇弯头仿生结构冲蚀规律1李润，郭开宜，陈杨君，胡佳怡，曾云（长江大学机械工程学院，湖北荆州434023）摘要：非常规油田开采需要高压管汇对压裂液进行输送，输送过程中，固相颗粒对管道的内壁造成冲蚀磨损，降低管道的寿命。为探究管道减磨、抗磨的方法，本文以90°弯头为对象，建立了耦合仿生模型。采用数值模拟、理论分析的手段，对设计的圆形、三角形、六边形三种耦合仿生抗冲蚀内表面模型分析，结果表明四种模型均随着质量流量增加和速度提高呈现冲蚀率上升趋势,但同种工况下圆形壁面最大冲蚀率最低，光滑壁面最大。圆形壁面可降低冲蚀速率91%。该研究对油气输送管道的理论设计和实际应用提供指导意义。关键词：仿生；弯管；冲蚀速率；高压管汇；数值模拟基金项目：长江大学大学生创新创业项目“一种高压管汇功能仿生表面弯头”（编号：Yz2020138）引言在油气管输送中，颗粒对管道内壁容易形成冲蚀磨损，造成的材料损耗，液态流体和高速气流中一般会含有固体小颗粒，而这些小固体粒子对材料表面的冲击作用会造成材料的损耗。造成了服役寿命不高,亟须提升其疲劳寿命，在过去几十年对冲蚀的研究中，许多学者[1-2]对管汇冲蚀失效因素进行了多方面的分析，润滑程度、表面几何形态、材料性能和结构对材料的耐磨性都有很大的影响[3]。而提高耐磨性成本最低的方法就是使用更耐磨的表面几何形态。众多学者关于冲蚀速率计算模型的研究方法采用试验研究和数值计算相结合，通过壁面减薄法和失重法测定试样的冲蚀速率[4-5]。这些方法在结果的检测上存在一定的误差，而随着研究的深入，一些学者发现自然界存在一些生物天然抗风沙冲蚀[6-7]，并提出了通过仿生的方式以减少冲蚀速率。本文通过对普通弯头的模拟仿真并结合学者[8]提出的冲蚀理论进行总结归纳，提出一种在冲蚀严重处的内壁设计仿生结构以缓冲流体的弯头结构，以减少颗粒对管壁的冲蚀，并采用fluent软件对仿生弯头和普通弯头的冲蚀速率进行计算，提出更耐磨的弯头结构。1数学物理模型1.1数学模型本文针对油气输送管道的冲蚀现象进行分析，其数值模拟方法基于标准欧拉多相流模型，假定固相和气相直接没有温度传递，为非牛顿流体且流体为不可压缩流，连续性和动量方程如下：()()0fffffvtαραρ∂+▽·=∂（1）()()()Tffffffffffffffvvvpvvgtαραρααμαρ∂■■+▽·=-▽+▽·▽+▽+■■■■∂（2）上式（1）（2）中...
