超高压射流磨料粒子对喷嘴冲蚀的有限元分析

作者：霍宏博^*; 李中; 张明; 张彬奇; 何世明; 张智

来源：材料保护, 2022, 55(09): 69-74.

DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2022.0248

• 超高压
• 射流喷嘴
• 粒子轨迹
• 冲蚀
• 切割
• 两相流

为分析解决高速运动的磨料粒子对喷嘴内部的冲蚀，以提高其抗冲蚀磨损效果，优化设计超高压射流喷嘴结构，采用瞬态两相流仿真与离散相仿真并进行可视化处理，模拟冲蚀试验。建立喷嘴内轴对称固液两相流分析模型，对喷嘴内部预混合磨料水射流粒子的运动轨迹和加速过程进行模拟，计算喷嘴内壁最大冲蚀率，并优选喷嘴内部结构。结果表明：石榴石磨料粒子在碳化钨喷嘴聚焦段与喷嘴内壁发生碰撞并被反射回轴线产生聚焦效应，粒子运动速度降低并对内壁产生冲蚀。最大冲蚀位于喷嘴收缩段与聚焦段连接处，最大冲蚀率为1.9×10-6 kg/(m2·s);第2峰值点则出现在聚焦段中前部，距喷嘴出口20 mm处，冲蚀率为1.7×10-6 kg/(m2·s)。根据喷嘴实际试验寿命和失效准则，求得实际喷嘴冲蚀率为1.078×10-6 kg/(m2·s),冲蚀率修正系数为0.567 4。通过有限元分析对喷嘴造型的优化提供了选择依据，有利于提高喷嘴耐蚀性。

• 单位
  中海油研究总院有限责任公司; 油气藏地质及开发工程国家重点实验室; 西南石油大学