粒子冲蚀建模

冲蚀是由于实体粒子在曲面上重复撞击而导致材料损失的一种现象。冲蚀会损坏管道、阀门和其他流道。因此，研究冲蚀率并确定流道中易受冲蚀的区域十分重要。

基于 CFA 的冲蚀建模包括以下步骤：

1. 通过求解纳维-斯托克斯方程可获得流场数据 (如速度)。

2. 在流场中释放粒子，并单独跟踪粒子以获得诸如撞击速度和撞击角度等数据。

3. 将粒子的撞击信息用于冲蚀方程，可计算由撞击粒子导致的冲蚀比/冲蚀率或表面质量损失。

冲蚀方程可供研究各种参数对冲蚀的影响，例如：

参考资料：Mazdak Parsi et al. "A comprehensive review of solid particle erosion modeling for oil and gas wells and pipelines applications" (2014)

• 粒子特征，如大小、形状、密度、硬度等

• 粒子撞击信息，如粒子撞击速度

、撞击角度

、粒子间相互作用等

• 目标壁属性，如材料密度、硬度等

冲蚀方程可用于计算冲蚀率

，其定义为 (实体粒子撞击所致的) 壁材料损失量除以撞击实体粒子的质量。

Creo Flow Analysis 将使用以下各部分详述的冲蚀模型：

参考资料：Mazdak Parsi etc. "CFD simulation of sand particle erosion in gas-dominant multiphase flow" (2015)

Finne 模型的冲蚀方程如下所示：

此模型会低估粒子撞击角度大于

时引起的材料损失程度，并预测法向撞击不会造成冲蚀。

Zhang 模型的冲蚀方程如下所示：

对于不同类型的砂粒，粒子形状因子

具有以下值：

撞击角度函数如下所示：

Oka 等人得出的冲蚀方程如下所示：

下表中显示了方程 2.406、方程 2.407、方程 2.408、方程 2.409 和方程 2.410 中使用的不同系数值：

DNV 模型的冲蚀方程如下所示：


9.370	-42.295	110.864	-175.804	170.137	-98.398	31.211	-4.170

Mansouri 模型的冲蚀方程如下所示：

下表包含 Mansouri (2015) 冲蚀方程的方程 2.413 和方程 2.414 中所使用的不同参数值。

Grant-Tabakoff 模型的冲蚀方程如下所示：

方程 2.415 中的冲蚀率

定义为撞击粒子的每个质量单位 (g) 的材料量 (以 mg 为单位)。速度单位为 ft/s。

为最大冲蚀角度。例如，对于铝合金而言，

。

Grant-Tabakoff 模型的不同系数值如下表所示：


5.40	-10.11	10.93	-6.33	1.42


60	-0.12	0.19	0.71	2.4	0.14	-0.94


0.6947	2.41	0.2	0.85	0.65	4.49e-07


3.67e-06	0.585	6e-12	0.0016


(速度指数)