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黑水处理系统管道固-液-气三相泡状流冲蚀磨损失效分析

固体颗粒冲蚀磨损是黑水处理系统管道损坏的主要原因之一，弯管是整个管道损伤最严重的部位。为探究固-液-气三相泡状流下弯管的冲蚀磨损失效问题，采用扫描电子显微镜、白光干涉显微镜对弯管失效试样的微观形貌进行了检测分析；采用基于VOF模型和DPM模型的计算流体力学方法对颗粒冲蚀过程进行了数值模拟，计算了管道内部三相介质流动特性，分析了颗粒直径、颗粒含量、气相分数、入口流速等因素对冲蚀磨损的影响规律。研究结果表明，失效试样表面有大量的裂纹、凹坑和犁沟，弯管外拱部位失效最为严重；管道冲蚀磨损速率与颗粒直径、颗粒含量、气相分数、入口流速等因素均呈正相关。管道冲蚀磨损机制主要为微切削和冲击变形；气泡的存在改变了管道内颗粒的运动轨迹和运动速度，加速了管道的冲蚀磨损。