段塞流下攜砂水平彎管的沖蝕試驗(yàn)

曹學(xué)文,樊 茵,李星標(biāo),彭文山2,石 倩

(1. 中國(guó)石油大學(xué)(華東) 儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，青島 266580；2. 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七二五研究所 海洋腐蝕與防護(hù)國(guó)防科技重點(diǎn)試驗(yàn)室，青島 266237)

沖刷腐蝕即沖蝕是金屬表面與流體之間由于高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的金屬損失現(xiàn)象，是材料受機(jī)械沖刷的結(jié)果[1]。沖蝕廣泛存在于礦山開(kāi)采、冶金、水利、石油化工等工業(yè)中。暴露在運(yùn)動(dòng)流體中的各類設(shè)施的過(guò)流部件如管線、管件、閥門、泵等都會(huì)遭受到?jīng)_蝕破壞，尤其是在含固相顆粒的多相流中，破壞更為嚴(yán)重。

沖蝕過(guò)程十分復(fù)雜，影響因素眾多，主要可分為以下三個(gè)方面：(1) 材料因素，即材料本身的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等；(2) 固相顆粒因素，即固相顆粒的含量、粒度、硬度、形狀等因素；(3) 力學(xué)因素，即過(guò)流部件的形狀，不同的流速、流態(tài)會(huì)使流體對(duì)材料表面產(chǎn)生不同的力學(xué)效果。以上各影響因素相互交織，給沖刷腐蝕研究帶來(lái)很大困難[2]。在由氣相、液相和固相組成的多相流沖刷腐蝕中，情況更為復(fù)雜，相關(guān)研究成果較少。

在關(guān)于沖蝕問(wèn)題的早期研究中，F(xiàn)INNIE[3]通過(guò)試驗(yàn)總結(jié)出了沖刷腐蝕的經(jīng)驗(yàn)公式，揭示了金屬和陶瓷兩種不同材料在沖蝕過(guò)程中隨沖擊角度、沖擊速率、沖擊粒子粒徑的變化表現(xiàn)出不同的沖蝕規(guī)律。隨后的研究多集中于特定流型流態(tài)下沖蝕介質(zhì)對(duì)不同材料沖蝕速率的影響，但研究流型多為液固/氣固兩相流[4-11]。以上研究中所搭建的試驗(yàn)平臺(tái)都較為簡(jiǎn)單，在研究彎管局部不同區(qū)域的沖蝕特征方面有局限性。

段塞流是氣液柱交替出現(xiàn)的氣液兩相流動(dòng)狀態(tài)，是多相流集輸中常見(jiàn)的流型。本工作利用氣液固多相流沖蝕試驗(yàn)環(huán)道進(jìn)行了段塞流條件下攜砂水平彎管的沖蝕試驗(yàn)，通過(guò)高速攝像裝置觀察彎管內(nèi)部流體的流動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)失重法計(jì)算彎管內(nèi)不同部位的沖蝕速率，并觀察試樣的表面形貌，深入分析了段塞流下水平彎管的沖蝕行為，為后續(xù)研究提供了參考。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)介質(zhì)與材料

試樣材料為316L不銹鋼，其化學(xué)成分如表1所示。將其制成尺寸為8 mm×6 mm×5 mm的試樣。由于316L不銹鋼具有較好的耐蝕性，因此在沖蝕試驗(yàn)過(guò)程中試樣的質(zhì)量損失均由沖蝕引起，不考慮由腐蝕引起的質(zhì)量損失。

表1 316L不銹鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab. 1 Chemical composition of 316L stainless steel (mass fraction) %

試驗(yàn)固相介質(zhì)為3種粒徑(180～212 μm，280～315 μm，385～425 μm)且?guī)в欣饨堑氖⑸傲＃瑢⑵涑s、酸洗、干燥后用分樣篩篩選出目標(biāo)粒徑的砂粒，其形貌如圖1所示。試驗(yàn)液相介質(zhì)為去離子水，試驗(yàn)時(shí)在去離子水中分別加入這3種粒徑的石英砂粒。

(a) 180～212 μm (b) 280～315 μm (c) 385～425 μm圖1 3種粒徑石英砂粒的形貌(30×)Fig. 1 Morphology of silica particles in three grain sizes (30×)

1.2 試驗(yàn)裝置

氣液固多相流沖蝕試驗(yàn)環(huán)道如圖2所示。其中，試驗(yàn)彎管為管徑40 mm、彎徑比1.5的可拆卸式水平彎管，兩端通過(guò)螺栓與內(nèi)徑40 mm的直管段相連接，如圖3所示。為觀察管內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)，首先采用透明的有機(jī)玻璃彎管進(jìn)行沖蝕試驗(yàn)，然后再換成可放置試樣的超高分子聚乙烯試驗(yàn)彎管進(jìn)行沖蝕試驗(yàn)。彎管內(nèi)壁設(shè)計(jì)有36個(gè)放置試樣的凹槽，其中彎管外側(cè)21個(gè)，內(nèi)側(cè)15個(gè)，試樣尺寸與凹槽相匹配，使用硅膠將試樣粘貼固定至相應(yīng)凹槽內(nèi)，且表面與彎管內(nèi)壁平齊，如圖4所示。

圖2 多相流沖蝕試驗(yàn)環(huán)道示意圖Fig. 2 Schematic diagram of multiphase flow erosion loop system

圖5為試驗(yàn)彎管軸向及環(huán)向角度示意圖。按彎管彎曲軸向角θ對(duì)其軸向位置進(jìn)行編號(hào)，共標(biāo)記了7個(gè)截面；按彎管橫截面環(huán)向角φ大小對(duì)其環(huán)向位置進(jìn)行編號(hào)，環(huán)向角為45°，90°，135°，225°，270°，315°分別標(biāo)記為1～6。通過(guò)環(huán)向位置和軸向位置可以確定試樣在彎管上的位置。如11代表在截面1、環(huán)向角為45°處的試樣；46代表在截面4、環(huán)向角為315°處的試樣。

圖3 試驗(yàn)彎管的等軸測(cè)圖Fig. 3 Isometric diagram of test elbow

(a) 外側(cè)

(b) 內(nèi)側(cè)圖4 試樣安裝后的試驗(yàn)彎管Fig. 4 Test elbow after installation of samples: (a) outer portion; (b) inner portion

1.3 沖蝕試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)前，依次用240號(hào)～1 000號(hào)水砂紙打磨試樣表面(圖6)，清洗干燥后，采用德國(guó)SARTORIUS電子天平(精度為0.01 mg)稱量試驗(yàn)前質(zhì)量，稱量3次取平均值；接著用游標(biāo)卡尺測(cè)量各試樣尺寸并記錄數(shù)據(jù)；用704硅膠將試樣涂封在凹槽內(nèi)，保證試樣表面與水平管內(nèi)表面平齊，將試驗(yàn)彎管的內(nèi)外側(cè)部分組裝并粘合起來(lái)，為保證硅膠充分固化將彎管放置至少24 h后再進(jìn)行試驗(yàn)。沖蝕試驗(yàn)的具體條件如表2所示。試驗(yàn)結(jié)束后，清理試樣表面,待干燥后再次稱量。為減小誤差，每個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行2次，取平均值。試驗(yàn)完成后需更換液體介質(zhì)及石英砂。

1.4 測(cè)試方法

測(cè)試方法主要包括彎管內(nèi)流態(tài)觀察，失重法及顯微形貌觀察。試驗(yàn)流型為段塞流，采用日本NAC MEMRECAM HX-7高速攝像裝置觀察彎管內(nèi)液塞流動(dòng)狀態(tài)。按式(1)計(jì)算試樣的沖蝕速率。

(a) 軸向

(a) 低倍(30×) (b) 高倍(200×)圖6 沖蝕前試樣表面形貌Fig. 6 Morphology of sample before erosion at low (a) and high (b) magnifications

(1)

式中：v為沖蝕速率，mm/a；Δm為試樣沖蝕前后的平均質(zhì)量差，g；S為試樣工作面積，m2；t為沖蝕時(shí)間，h；ρ為材料的密度，kg/m3。

采用德國(guó)蔡司IMc12型體視顯微鏡觀察試樣沖蝕后的表面形貌；采用德國(guó)蔡司AxioImager.A2m型3D共聚焦顯微鏡觀察試樣沖蝕后的三維形貌，并測(cè)量最大坑深。

表2 沖蝕試驗(yàn)的試驗(yàn)條件Tab. 2 Experimental conditions of erosion test

2 結(jié)果與討論

2.1 彎管內(nèi)部流體流動(dòng)狀態(tài)

按時(shí)間順序?qū)⒁喝鹘?jīng)水平彎管的過(guò)程劃分為不同階段，在不同階段管內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)如圖1所示。前期，液塞未進(jìn)入彎管時(shí)，彎管入口下部流體流動(dòng)平穩(wěn)，氣泡較少，砂粒含量較大，如圖1(a)所示；當(dāng)液塞到達(dá)彎管入口下部時(shí)，彎管入口下部液體流動(dòng)變得劇烈，產(chǎn)生較多氣泡，液塞的沖擊攪動(dòng)將砂粒卷攜起來(lái)，導(dǎo)致砂粒含量增大，如圖1(b)所示。這是由于液塞在行進(jìn)過(guò)程中，液塞中液體的動(dòng)能大于液體薄層中液體的動(dòng)能，當(dāng)液塞前進(jìn)并吸收液體薄層中的液體時(shí)，液體薄層中的液體被加速到液塞速度，這樣在液塞前端就會(huì)形成一段渦流區(qū)，渦流的存在使液塞會(huì)捕獲部分氣體[12]，這部分氣體會(huì)加劇液體薄層的流動(dòng)，增大了對(duì)砂粒的攪動(dòng)，最終導(dǎo)致更多的沙粒被卷攜進(jìn)入液塞。中期，液塞經(jīng)過(guò)彎管時(shí)，在彎管出口右上部形成二次流動(dòng)，此流動(dòng)表現(xiàn)為一個(gè)傾斜的液波，如圖1(c)所示；隨著時(shí)間的推移，此二次流液波向右下移動(dòng)至彎管出口中部，并且傾斜角度增大，斜削過(guò)彎管外側(cè)，如圖1(d)所示。這是因?yàn)槎瘟鳟a(chǎn)生于彎管頂部，受離心力作用向彎管出口下部移動(dòng)，移動(dòng)過(guò)程中二次流的液波傾斜角度逐漸增大。并且二次流是疊加于主流之上的水流，會(huì)對(duì)彎管出口外側(cè)中部造成嚴(yán)重沖擊。后期，液塞即將沖過(guò)彎管時(shí)，水花相對(duì)減少，如圖1(e)所示；隨后，液塞的空間位置明顯向彎管外側(cè)中部移動(dòng)，如圖1(f)所示。

(a) 前期(初) (b) 前期(后) (c) 中期(初)

(b) 中期(后) (e) 后期(初) (e) 后期(后)圖7 液塞流經(jīng)水平彎管不同時(shí)間階段時(shí)管內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)Fig. 7 Flow state of liquid slug in different stages of time flowing through horizontal elbow:(a) initial stage (early); (b)initial stage (later); (c) middle stage (early); (d) middle stage (later); (e) final stage (early); (f) final stage (later)

以上結(jié)果反映了液塞整體的流動(dòng)趨勢(shì)。液塞在行進(jìn)過(guò)程中，會(huì)卷攜管道底部的砂粒，液塞進(jìn)入水平彎管后，砂粒在離心力的影響下偏向彎管外側(cè)中部，且越靠近彎管后部離心力作用越明顯，對(duì)彎管外側(cè)后部的沖擊越大。

2.2 彎管內(nèi)位置對(duì)沖蝕速率的影響

2.2.1 粒徑范圍180～212 μm

將試樣的沖蝕速率標(biāo)記在其對(duì)應(yīng)的彎管位置，該處試樣的沖蝕速率即表示彎管該位置受到的沖蝕程度。由圖8可見(jiàn)：當(dāng)砂粒粒徑為180～212 μm時(shí)，在彎管62處(6號(hào)截面，環(huán)向角90°)沖蝕速率最大，為3.69 mm/a；彎管14處(1號(hào)截面，環(huán)向角225°)沖蝕速率最小，為0.014 1 mm/a。

比較不同軸向截面處沖蝕速率的變化規(guī)律，結(jié)果如圖9所示。由圖9可知：環(huán)向角相同時(shí)，6號(hào)截面處的沖蝕速率最大，2號(hào)截面處的沖蝕速率最小，且除入口(1號(hào)截面)與出口(7號(hào)截面)外，沖蝕速率隨著彎曲軸向角的增大而增大。

(a) 外側(cè)

(b) 內(nèi)側(cè)圖8 彎管內(nèi)沖蝕速率的分布(粒徑范圍180～212 μm)Fig. 8 Erosion rate distribution in elbow (particle size rang of 180-212 μm): (a) outer portion; (b) inner portion

比較不同環(huán)向角方向上沖蝕速率的變化規(guī)律，結(jié)果如圖10所示。由圖10可知：在環(huán)向角45°～135°處，沖蝕速率較大，在環(huán)向角225°～315°處，沖蝕速率較小。這說(shuō)明彎管外側(cè)沖蝕破壞比內(nèi)側(cè)嚴(yán)重，且外側(cè)中部沖蝕破壞最為嚴(yán)重。同一軸向截面上，沖蝕速率因環(huán)向角不同而改變。如在出現(xiàn)最大沖蝕速率的6號(hào)截面上，環(huán)向角90°處出現(xiàn)的最大沖蝕速率(3.69 mm/a)約為環(huán)向角45°處(3.28 mm/a)的1.13倍，環(huán)向角135°處(2.59 mm/a)的1.43倍；在7號(hào)截面上，彎管內(nèi)側(cè)最大沖蝕速率出現(xiàn)在環(huán)向角315°處(1.75 mm/a)，其大小約為同一截面環(huán)向角225°處(0.89 mm/a)的1.97倍，環(huán)向角270°處(0.56 mm/a)的3.13倍。

圖9 沖蝕速率沿著流體流向的變化(粒徑范圍180～212 μm)Fig. 9 Variation of erosion rate along flow direction (particle size rang of 180-212 μm)

圖10 沖蝕速率沿著環(huán)向角度的變化(粒徑范圍180～212 μm)Fig. 10 Variation of erosion rate along toroidal angle (particle size rang of 180-212 μm)

液塞行進(jìn)過(guò)程中，會(huì)卷攜管道底部的砂粒，使得液塞內(nèi)部砂粒含量增加，液塞攜帶砂粒進(jìn)入水平彎管后，砂粒在離心力的影響下偏向彎管外側(cè)中部附近，沖蝕破壞區(qū)域從底部逐漸轉(zhuǎn)向中部位置，不同截面的沖蝕曲線均在環(huán)向角90°處形成波峰，造成外側(cè)中部位置沖蝕破壞最嚴(yán)重。

2.2.2 粒徑范圍280～315 μm

由圖11可見(jiàn)：當(dāng)砂粒粒徑為280～315 μm時(shí)，最大沖蝕速率出現(xiàn)在61處(6號(hào)截面，環(huán)向角45°)，沖蝕速率為2.54 mm/a；最小沖蝕速率出現(xiàn)在35處(3號(hào)截面，環(huán)向角270°)，沖蝕速率為0.015 4 mm/a。

由圖12可知：環(huán)向角相同時(shí)，6號(hào)截面處的沖蝕速率最大，2號(hào)截面處的沖蝕速率最小，且彎頭內(nèi)部沖蝕速率隨著彎曲軸向角的增大呈增大趨勢(shì)。

由圖13可知：在環(huán)向角45°～135°處，沖蝕速率較大，在環(huán)向角225°～315°處，沖蝕速率較小。這說(shuō)明彎管外側(cè)沖蝕破壞比內(nèi)側(cè)嚴(yán)重，且外側(cè)中部沖蝕破壞最為嚴(yán)重。

(a) 外側(cè)

(b) 內(nèi)側(cè)圖11 彎管內(nèi)沖蝕速率的分布(粒徑范圍280～315 μm)Fig. 11 Erosion rate distribution in elbow (particle size range of 280-315 μm): (a) outer portion; (b) inner portion

圖12 沖蝕速率沿著流體流向的變化(粒徑范圍280～315 μm)Fig. 12 Variation of erosion rate along flow direction (particle size range of 280-315 μm)

圖13 沖蝕速率沿著環(huán)向角度的變化(粒徑范圍280～315 μm)Fig. 13 Variation of erosion rate along toroidal angle (particle size range of 280-315 μm)

在液塞行進(jìn)過(guò)程中，會(huì)卷攜管道底部的砂粒，液塞攜帶砂粒進(jìn)入水平彎管后，砂粒在離心力的影響下會(huì)有偏向彎管外側(cè)中部的趨勢(shì)，使沖蝕破壞區(qū)域從底部逐漸向中部位置轉(zhuǎn)移，但是由于砂粒粒徑稍大，積聚在外側(cè)底部的砂粒仍然較多，造成外側(cè)底部位置沖蝕破壞更嚴(yán)重一些，但相差不大。

2.2.3 粒徑范圍385～425 μm

由圖14可知：砂粒粒徑范圍為385～425 μm時(shí)，最大沖蝕速率出現(xiàn)在62處(6號(hào)截面，環(huán)向角90°)，其值為6.63 mm/a；最小沖蝕速率出現(xiàn)在35處(3號(hào)截面，環(huán)向角270°)，其值為0.010 3 mm/a。

(a) 外側(cè)

(b) 內(nèi)側(cè)圖14 彎管內(nèi)沖蝕速率的分布(粒徑范圍385～425 μm)Fig. 14 Erosion rate distribution in elbow (particle size rang of 385-425 μm): (a) outer portion; (b) inner portion

由圖15可知：環(huán)向角相同時(shí)，6號(hào)截面處的沖蝕速率最大，2號(hào)截面處的沖蝕速率最小，且彎管內(nèi)部的沖蝕速率隨著軸向角度的增大呈增大趨勢(shì)。

圖15 沖蝕速率沿著流體流向的變化(粒徑范圍385～425 μm)Fig. 15 Variation of erosion rate along flow direction (particle size rang of 385-425 μm)

由圖16可知：同一軸向截面上，在環(huán)向角45°～135°處，沖蝕速率較大，在環(huán)向角225°～315°處，沖蝕速率較小，這說(shuō)明彎管外側(cè)沖蝕破壞比內(nèi)側(cè)嚴(yán)重，且外側(cè)中部沖蝕破壞最為嚴(yán)重。

液塞行進(jìn)過(guò)程中，會(huì)卷攜管道底部的砂粒，液塞攜帶砂粒進(jìn)入水平彎管后，砂粒在離心力的影響下偏向彎管外側(cè)中部附近，導(dǎo)致沖蝕破壞區(qū)域從底部逐漸轉(zhuǎn)向到中部位置，造成外側(cè)中部位置沖蝕破壞最為嚴(yán)重。該砂粒粒徑最大，在含砂量一定的條件下，單顆砂粒的質(zhì)量和慣性都最大,所以在液塞卷攜下對(duì)管道的沖蝕較明顯。

2.3 砂粒粒徑對(duì)沖蝕速率的影響

由圖17可知：沿著管內(nèi)流體的流動(dòng)方向，在環(huán)向角相同的情況下，由于砂粒粒徑的不同，砂粒對(duì)管道產(chǎn)生的沖蝕速率也不同，其順序?yàn)榱椒秶?85～425 μm>粒徑范圍180～212 μm>粒徑范圍280～315 μm。在6號(hào)截面、環(huán)向角90°處，粒徑范圍385～425μm的砂粒對(duì)管道產(chǎn)生沖蝕速率最大，為6.63 mm/a，分別是相同位置粒徑范圍180～212 μm，280～315 μm砂粒對(duì)管道產(chǎn)生沖蝕速率的1.80倍(3.69 mm/a)和2.72倍(2.44 mm/a)。這主要是由于當(dāng)砂粒粒徑較大時(shí)，慣性力占主導(dǎo)作用。砂粒越大，慣性力越大，碰撞能越大，砂粒沿流體流動(dòng)方向與管壁發(fā)生較強(qiáng)烈的碰撞，導(dǎo)致彎管沖蝕速率最大；另外，粒徑較小的砂粒更容易被流體卷攜，使得砂粒與壁面的碰撞更加充分，而且彎管中的二次流對(duì)于較小粒徑砂粒影響較明顯，從而產(chǎn)生較大的沖蝕速率。

圖16 沖蝕速率沿著環(huán)向角度的變化(粒徑范圍385～425 μm)Fig. 16 Variation of erosion rate along toroidal angle (particle size rang of 385-425 μm)

(a) 環(huán)向角45° (b) 環(huán)向角90° (c) 環(huán)向角135°

(d) 環(huán)向角225° (e) 環(huán)向角270° (f) 環(huán)向角315°圖17 不同粒徑下各環(huán)向角處沖蝕速率沿著流體流向的變化Fig. 17 Variation of erosion rate along flow direction at toroidal angles of 45°-315° in different particle sizes

試驗(yàn)中控制含砂量相同，所以不同粒徑條件下砂粒數(shù)量不同。在試驗(yàn)研究粒徑范圍內(nèi)，粒徑最大時(shí)(砂粒數(shù)量最少)沖蝕速率大于粒徑最小(砂粒數(shù)量最多)時(shí)的沖蝕速率，粒徑居中時(shí)沖蝕速率最小。由此可知，砂粒粒徑對(duì)沖蝕速率的影響比砂粒數(shù)量對(duì)沖蝕速率的影響更加明顯。

由圖18可知：當(dāng)環(huán)向角為45°～135°時(shí)，不同砂粒粒徑產(chǎn)出的沖蝕速率差異比較明顯；當(dāng)環(huán)向角為225°～315°時(shí)，不同砂粒粒徑產(chǎn)出的沖蝕速率差異不大。這說(shuō)明砂粒粒徑主要影響彎管外側(cè)的沖蝕速率。

(a) 2號(hào)截面 (b) 4號(hào)截面 (c) 3號(hào)截面

(d) 5號(hào)截面 (e) 6號(hào)截面圖18 不同粒徑下各截面處沖蝕速率沿環(huán)向角度的變化Fig. 18 Variation of erosion rate along toroidal angle at cross sections of No. 1-No. 6 in different particle sizes

2.4 沖蝕形貌

沖蝕試驗(yàn)完成后，將試樣表面清理干凈，觀察表面的沖蝕形貌，結(jié)果如圖19和圖20所示(以42處試樣為例)。

由圖19可以看出：與沖蝕前相比，沖蝕后試樣表面沖蝕形貌主要表現(xiàn)為沖蝕坑和劃痕兩種形式。不同粒徑砂粒對(duì)同一位置試樣沖蝕后，試樣表面的形貌又各不相同。粒徑范圍為180～212 μm時(shí)，粒徑較小，砂粒數(shù)量多，故試樣表面的沖蝕坑小且密集，劃痕也相對(duì)細(xì)密，如圖19(b)所示；粒徑范圍280～315 μm時(shí)，試樣表面的沖蝕坑明顯減少，僅出現(xiàn)個(gè)別稍大沖蝕坑，如圖19(c)所示；粒徑范圍為385～425 μm時(shí)，試樣表明幾乎無(wú)可見(jiàn)劃痕，如圖19(d)所示。這是由于粒徑越大，砂粒沖擊金屬表面的慣性力越大，不斷切削材料表面形成沖蝕坑；而且粒徑較大時(shí)，沖蝕坑較大，將試樣表面相對(duì)較淺的劃痕掩蓋。

由圖20可以看出：砂粒沖擊試樣表面產(chǎn)生的沖蝕坑成不規(guī)則狀且大小不一，沿著流體流動(dòng)方向，沖蝕坑發(fā)展呈方向性，部分有唇形隆起。隨著砂粒不斷碰撞試樣表面，試樣前端有減薄現(xiàn)象。粒徑范圍為180～212 μm時(shí)，試樣表面最大坑深為3.3 μm；粒徑越大，沖擊表面產(chǎn)生的沖蝕坑越大，粒徑范圍為385～425 μm時(shí)，試樣表面坑深為4.82 μm。

3 結(jié)論

(1) 液塞在水平彎管中行進(jìn)時(shí)，卷攜管道底部的砂粒，在離心力的影響下砂粒偏向彎管外側(cè)中部，且越靠近彎管后部離心力作用越明顯；另外，彎管靠近出口處會(huì)出現(xiàn)二次流，導(dǎo)致砂粒對(duì)水平彎管外側(cè)出口處的嚴(yán)重沖擊。

(2)段塞流下水平彎管沖蝕最嚴(yán)重部位出現(xiàn)在彎管外側(cè)出口中下部。另外，彎管外側(cè)各軸向截面中部沖蝕也比較嚴(yán)重，是較易產(chǎn)生沖蝕破壞的部位。

(a) 沖蝕前 (b) 粒徑范圍180～212 μm (c) 粒徑范圍280～315 μm (d) 粒徑范圍385～425 μm圖19 不同粒徑砂粒沖蝕后試樣表面宏觀形貌Fig. 19 Macro morphology of sample surface before (a) and after erosion by particles in size rangs of 180-212 μm (b), 280-315 μm (c) and 385-425 μm (d)

(a) 粒徑范圍180～212 μm (b) 粒徑范圍280～315 μm (c) 粒徑范圍385～425 μm圖20 不同粒徑砂粒沖蝕后試樣表面3D形貌Fig. 20 3D morphology of sample surface after erosion by particles in size rangs of 180-212 μm (a), 280-315 μm (b) and 385-425 μm (c)

(3) 砂粒粒徑和砂粒數(shù)量對(duì)沖蝕速率均有影響，并且粒徑對(duì)沖蝕速率的影響比顆粒數(shù)量對(duì)沖蝕速率的影響更為顯著。在180～425μm粒徑范圍內(nèi)，隨粒徑增大，水平彎管不同部位的沖蝕速率呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)；且相較于彎管內(nèi)側(cè)，外側(cè)沖蝕速率變化更明顯。

(4) 砂粒沖擊試樣表面時(shí)會(huì)造成微切削、犁割以及沖擊變形三種形式的破壞。表面沖蝕形貌主要有沖蝕坑點(diǎn)、劃痕。粒徑較小時(shí)，試樣表面坑點(diǎn)及劃痕較密集，最大坑深隨粒徑的增大而增大。