2023年第4期化学工程与装备2023年4月ChemicalEngineering&Equipment1固液两相流渐缩管冲刷特性的数值模拟1方正1，曾莉1，胡道麟2，宋世聪1，朱武坤1，王格1，闫天琦1，黄文杰1（1．武汉工程大学机电工程学院；2．武汉工程大学光能数理学院，湖北武汉430205）摘要：为研究固液两相流下油气田输送管道渐缩管的冲刷特性，在液固两相流条件下，在Workbench中建立倾角为3°、8°、13°、18°和23°的渐缩管物理模型，利用ANSYS-Fluent软件对渐缩管段进行冲刷特性数值模拟，同时分析入口流速、渐缩段倾角、砂粒浓度、砂粒粒径四个参量对渐缩管段的冲刷破坏规律。结果表明：流速、动压、剪切应力、湍流动能沿渐缩段流动方向逐渐增加，而静压沿渐缩段流动方向逐渐减小，砂粒浓度在渐缩段底部较高。最大冲刷速率随入口流速、渐缩段倾角和砂粒浓度增加而增大，砂粒粒径对冲刷速率的影响较为复杂，随砂粒粒径增加，冲刷速率先减小，后增大，随后又减小，最终趋于平稳。本文固液两相流渐缩管冲刷特性的数值模拟结果可为油气生产中管道变径管段冲刷控制与防护提供有价值的理论指导。关键词：固液两相流；冲刷；渐缩管；数值模拟基金项目：国家自然科学基金(51901164)通讯作者：曾莉前言管线的冲刷腐蚀在石油及天然气化工中普遍存在[1]。冲刷腐蚀指的是金属表面和腐蚀性流体之间相对高速运动而引起的金属损坏现象。随着油气开采进入到中后期阶段，输送管道内CO2及H2S气体分压增大，砂粒含量增加，管线服役环境更加苛刻，易导致管道壁面减薄、孔蚀，进而发生泄漏，造成巨大的经济损失和人员伤亡[2,3]。尤其是流体流经弯管、三通、变径管等过流部件时，流体的流动方向和固体颗粒的运动方向发生突变，冲刷加剧，管道的壁面厚度迅速减薄，极易发生穿孔而导致管线失效，大大缩短管线的使用寿命[4,5]。国内外学者对管线冲刷进行了大量研究，研究主要采用计算流体动力学（CFD）模拟方法获取流体动力学参数对管道冲刷行为的影响[6-9]。前期研究工作模拟了单相流下弯管处的流速和剪切应力分布[10,11]，及固液两相流下弯管处的沙子浓度、二次流及冲刷速率分布[12]，并结合流动加速腐蚀和冲刷腐蚀实验，揭示了流动加速腐蚀机理和冲刷腐蚀机理与流体动力学特征的相关性。而变径管处的流体动力学特征与弯管处截然不同。伞宇曦[13]等对水平渐变管在油水两相流下的压力分布进行模拟，结果显示渐变段压力波动较大，而非渐变段压降稳定；高洋[14]等模拟了油水两相流、气液两相流流...
