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冲刷磨损是指材料表面和流动的介质之间由于高速相对运动产生的破坏现象,一般广泛存在于化工、能源、冶金、采矿等行业中。煤气化工艺过程中输运的多相流介质具有温度高、固体颗粒浓度高、压差大、速度快等特点,管道、阀门等设备极易发生冲刷磨损,一旦发生减薄穿孔,将造成严重安全事故。其失效机理较为复杂,目前还没有一套有效的预测及校核方法。因此,对典型管材的磨损特性进行实验研究,并结合实际的工程案例进行分析预测及校核,对提升化工企业的设备安全运行具有重要的意义。本文用自制的旋转式液固磨损实验装置,以实际工程案例为背景,开展液固两相流中典型管材的冲蚀磨损实验研究。确定黑水角阀的冲蚀磨损率模型参数,并运用有限元分析方法对黑水角阀进行仿真分析计算,研究液固两相流冲蚀磨损机理表征及预测方法。本论文的主要研究内容和结论如下:(1)运用计算机软件对旋转式液固磨损实验装置进行仿真,研究流体介质中颗粒对壁面的碰撞规律,冲击角度的变化,取得实验装置内介质的流动方向、固相分率分布、颗粒撞击速度等参数,建立典型管材的侵蚀磨损实验方案。(2)采用自制旋转式液固磨损装置,针对煤化工现场实际工况和设备典型管材(316L和304L)进行不同冲击角度、冲击速度、浆体浓度和冲蚀时间的实验研究,揭示在液固两相流体系下典型管材的冲蚀磨损机理。实验结果表明:在低冲击角度下,材料冲蚀机理以犁沟切削磨损为主,在高冲击角度下,以锻打变形磨损为主。确定黑水角阀的冲蚀磨损率模型参数。(3)结合旋转式液固两相流冲蚀实验装置的有限元仿真计算和典型管材的磨损实验结论,用选定参数后的颗粒轨道磨损模型对黑水角阀内部的流动特性进行数值分析预测:黑水介质进入角阀,因角阀流道为缩放结构,在阀腔拐点和出口缩颈处流速增快,磨损十分严重。数值预测与案例解剖结果吻合。本文研究创新性在于:1)采用有限元方法分析实验装置可行性,探索旋转式实验装置内部参数变化规律;2)采用实际管材和工况进行液固冲蚀磨损实验,选定适用于黑水角阀冲蚀磨损失效模型的参数,实现冲蚀磨损定量预测评定;3)数值预测结果与失效解剖分析结果一致,提出磨损实验、数值模拟和失效案例解剖分析相结合的冲蚀磨损预测方法。