半球形突起弯管冲蚀特性数值研究

目的 设计一种带有半球形突起的表面结构,以减轻弯管在气固两相流中受到的冲蚀,并对其冲蚀分布和内部的流场结构进行分析.方法 采用CFD-DPM方法,将气相作为连续相,颗粒作为离散相,结合双向耦合、RNG k-ε湍流模型、Finnie冲蚀预测模型、Grant颗粒反弹模型和粗糙度模型进行计算,将试验数据与计算结果进行对比,以此验证计算的精确性.结果 标准弯管中,冲蚀主要发生的部位为外壁 θ=50°至θ=65°,最大冲蚀速率为4.40×10–4 kg/(m2·s).对于表面突起的弯管,当突起位置θ=30°时,最大冲蚀速率达到最低,为2.82×10–4 kg/(m2·s);当突起位置θ=75°时,最大冲蚀速率达到最大值,为6.61×10–4 kg/(m2·s);突起上的最大冲蚀速率在 θ=60°时达到最大,为4.99×10–4 kg/(m2·s),其他位置突起的最大冲蚀速率均低于3.5×10–4 kg/(m2·s),但平均冲蚀速率较高.结论 在弯管表面的特定位置设置半球形突起,可以改变颗粒轨迹,降低二次流影响,并在其下游形成缓冲涡,从而对壁面起到保护作用.尤其是当突起位置θ=30°、半径r=D/7时最为明显,最大冲蚀速率相较标准弯管降低了37.05％.但随着突起位置的靠后,其保护作用也逐渐衰弱.

Numerical Analysis of the Erosion Characteristics of Hemispherical Protrusion Elbow