Modelagem de erosão de partícula
A erosão é um fenômeno que causa perda de material em razão do impacto repetitivo de partículas sólidas em uma superfície. A erosão danifica tubos, válvulas e outras passagens de fluxo. Portanto, é importante estudar a taxa de erosão e identificar áreas suscetíveis a erosão nas passagens de fluxo.
A modelagem de erosão com base no CFA inclui os passos a seguir:
1. Dados do campo de fluxo, como velocidade, são obtidos ao resolver as equações de Navier-Stokes.
2. As partículas são liberadas dentro do campo de fluxo e rastreadas individualmente para obter informações, como velocidade de impacto e ângulo de impacto.
3. As informações de impacto de partículas são usadas em uma equação de erosão para computar a razão/taxa de erosão ou perda de massa de superfície causada pelas partículas impactantes.
As equações de erosão estudam os efeitos de vários parâmetros de erosão, tais como:
Referências: Mazdak Parsi et al. “A comprehensive review of solid particle erosion modeling for oil and gas wells and pipelines applications” (2014)
• Características da partícula, como tamanho, forma, densidade, dureza e assim por diante
• Informações de impacto da partícula, como velocidade de impacto da partícula, 
, ângulo de impacto ,
, interação partícula-partícula e assim por diante
, ângulo de impacto ,, interação partícula-partícula e assim por diante• Propriedades da parede alvo, como densidade, dureza do material e assim por diante
As equações de erosão calculam a razão de erosão, 
, definida como a quantidade de perda de material da parede (por causa do impacto de partículas sólidas) dividida pela massa das partículas sólidas impactantes.
, definida como a quantidade de perda de material da parede (por causa do impacto de partículas sólidas) dividida pela massa das partículas sólidas impactantes.
O Creo Flow Analysis usa os modelos de erosão detalhados nas seções a seguir:
Referências: Mazdak Parsi etc. “CFD simulation of sand particle erosion in gas-dominant multiphase flow” (2015)
Modelo de Finne
A equação de erosão de Finne é a seguinte:
em que
 | densidade do material da parede (kg/m3) |
 | velocidade de impacto da partícula (m/s) |
 | expoente de velocidade (igual a 2 para a maioria das aplicações industriais) |
 | dureza Vicker (Pa) |
 | ângulo de impacto (graus) |
 | Esse modelo subestima a remoção de material para ângulos de impacto de partículas maiores que  e não é prevista nenhuma erosão para impactos normais. |
Modelo de Zhang
A equação de erosão de Zhang é a seguinte:
em que
 | razão da erosão |
 |  |
 | dureza Brinell do material da parede (Pa) |
 | fator de forma da partícula |
 | velocidade de impacto da partícula (m/s) |
 | expoente de velocidade (igual a 2.41) |
 | função do ângulo de impacto |
O fator de forma de partícula, 
, tem os valores a seguir para diferentes tipos de partículas de areia:
, tem os valores a seguir para diferentes tipos de partículas de areia:Valor | Tipo de partícula de areia |
|---|---|
1,0 | canto agudo ou angular |
0.53 | canto semi-arredondado |
0,2 | canto totalmente arredondado |
A função do ângulo de impacto é fornecida da seguinte forma:
A tabela a seguir lista os valores de 
:
: |  |  |  |  |
|---|---|---|---|---|
5.40 | -10.11 | 10.93 | -6.33 | 1.42 |
Modelo de Oka
A equação de erosão de Oka et al. é a seguinte:
Equação 2.406
Equação 2.407
Equação 2.408
Equação 2.409
Equação 2.410
em que
 | taxa de erosão volumétrica (mm3/kg) |
 | dano de erosão a um ângulo de impacto normal (mm3/kg) |
 | velocidade de impacto de referência (m/s) |
 | diâmetro da partícula (m) |
 | diâmetro da partícula de referência (m) |
 | dureza Vicker (GPa) |
Os valores de diferentes coeficientes usados na equação 2.406, equação 2.407, equação 2.408, equação 2.409 e equação 2.410 aparecem na tabela a seguir:
 |  |  |  |  |  |  |
|---|---|---|---|---|---|---|
60 | -0.12 | 0.19 | 0,71 | 2.4 | 0.14 | -0.94 |
Modelo de DNV
A equação de erosão de DNV é a seguinte:
em que
 |  |
 (expoente de velocidade) |  |
A tabela abaixo lista os valores de 
:
: |  |  |  |  |  |  |  |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
9.370 | -42.295 | 110.864 | -175.804 | 170.137 | -98.398 | 31.211 | -4.170 |
Modelo de Mansouri
Mansouri desenvolveu a equação de erosão a seguir:
Equação 2.413
Equação 2.414
em que
 | razão da erosão |
 | dureza Brinell do material da parede (Pa) |
 | fator de forma da partícula |
 | velocidade de impacto da partícula (m/s) |
 | expoente de velocidade |
 | função do ângulo de impacto |
 | dureza Vicker (Pa) |
 | ângulo de impacto (graus) |
A tabela a seguir contém os valores de diferentes parâmetros usados na equação 2.413 e equação 2.414 da equação de erosão de Mansouri (2015).
 |  |  |  |  |  |
|---|---|---|---|---|---|
0.6947 | 2.41 | 0,2 | 0.85 | 0.65 | 4.49e-07 |
Modelo de Grant-Tabakoff
A equação de erosão do modelo de Grant-Tabakoff é a seguinte:
Equação 2.415
em que
Equação 2.416
em que
 | razão da erosão |
 | velocidade de impacto da partícula (m/s) |
 | ângulo de impacto (graus) |
 | ângulo de erosão máxima (graus) |
A taxa de erosão, 
, na equação 2.415, é definida como a quantidade, em miligramas, de material removido por unidade de massa (grama) de partículas impactantes. A unidade de velocidade é ft/s (pés por segundo).
, na equação 2.415, é definida como a quantidade, em miligramas, de material removido por unidade de massa (grama) de partículas impactantes. A unidade de velocidade é ft/s (pés por segundo).
é o ângulo de erosão máxima. Por exemplo, 
para a liga de alumínio.Os valores de coeficientes diferentes para o modelo de Grant-Tabakoff estão na tabela a seguir:
 |  |  |  |
3.67e-06 | 0.585 | 6e-12 | 0.0016 |