L'erosione è un fenomeno che causa la perdita di materiale per l'impatto ripetuto di particelle solide su una superficie. L'erosione danneggia tubi, valvole e altri canali di passaggio del flusso. È quindi importante studiare il tasso di erosione e identificare le aree suscettibili a questo fenomeno nei canali di passaggio del flusso.

La modellazione dell'erosione basata su CFA include i passi descritti di seguito.

1. I dati del campo di flusso, ad esempio la velocità, vengono ottenuti risolvendo le equazioni di Navier-Stokes.

2. Le particelle vengono rilasciate all'interno del campo di flusso e monitorate singolarmente per ottenere informazioni quali la velocità di impatto e l'angolo di impatto.

3. Le informazioni sull'impatto delle particelle vengono utilizzate in un'equazione di erosione per calcolare il rapporto/tasso di erosione o la perdita di massa di superficie causata dall'impatto delle particelle.

Le equazioni di erosione studiano gli effetti di vari parametri sull'erosione, tra cui i paramenti descritti di seguito.

Riferimenti: Mazdak Parsi et al. "A comprehensive review of solid particle erosion modeling for oil and gas wells and pipelines applications" (2014)

• Caratteristiche delle particelle, ad esempio dimensione, forma, densità, durezza e così via.

• Informazioni sull'impatto delle particelle, ad esempio velocità di impatto delle particelle , angolo di impatto , interazione particella-particella e così via.

• Proprietà della parete su cui impattano le particelle, ad esempio densità del materiale, durezza e così via.

Le equazioni di erosione calcolano il tasso di erosione , definito come la quantità di perdita di materiale della parete (dovuta all'impatto di particelle solide) divisa per la massa delle particelle solide impattanti.

utilizza i modelli di erosione descritti dettagliatamente nelle sezioni indicate di seguito.

Riferimenti: Mazdak Parsi etc. "CFD simulation of sand particle erosion in gas-dominant multiphase flow" (2015)

L'equazione di erosione di Finne si esprime come:

dove

densità del materiale della parete (kg/m³)

velocità di impatto della particella (m/s)

esponente di velocità (uguale a 2 nella maggior parte delle applicazioni industriali)

durezza di Vicker (Pa)

angolo di impatto (grado)

Questo modello sottovaluta l'asportazione di materiale per gli angoli di impatto delle particelle maggiori di e non considera alcuna erosione per gli impatti normali.

L'equazione di erosione di Zhang si esprime come:

dove

tasso di erosione

durezza di Brinell del materiale della parete (Pa)

fattore di forma della particella

velocità di impatto della particella (m/s)

esponente della velocità (uguale a 2.41)

funzione dell'angolo di impatto

Il fattore di forma della particella presenta i valori riportati di seguito per tipi diversi di particelle di sabbia.

Valore

Tipo di particella di sabbia

1.0

tagliente o angolare

0.53

semiarrotondato

0.2

completamente arrotondato

La funzione dell'angolo di impatto si esprime nel modo seguente:

Nella tabella riportata di seguito sono elencati i valori di .

5.40

-10.11

10.93

-6.33

1.42

L'equazione di erosione di Oka et al. si presenta nel seguente modo:

Equazione 2.406

Equazione 2.407

Equazione 2.408

Equazione 2.409

Equazione 2.410

dove

tasso di erosione volumetrica (mm³/kg)

danni da erosione a un angolo di impatto normale (mm³/kg)

velocità di impatto di riferimento (m/s)

diametro della particella (m)

diametro della particella di riferimento (m)

durezza di Vicker (GPa)

I valori dei diversi coefficienti utilizzati nell'equazione 2.406, l'equazione 2.407, l'equazione 2.408, l'equazione 2.409 e l'equazione 2.410 sono indicati nella tabella riportata di seguito.

60

-0.12

0.19

0.71

2.4

0.14

-0.94

L'equazione di erosione di DNV si esprime come segue:

dove

(esponente di velocità)

Nella tabella riportata di seguito sono elencati i valori di .

9.370

-42.295

110.864

-175.804

170.137

-98.398

31.211

-4.170

L'equazione di erosione di Mansouri si esprime come segue:

Equazione 2.413

Equazione 2.414

dove

tasso di erosione

durezza di Brinell del materiale della parete (Pa)

fattore di forma della particella

velocità di impatto della particella (m/s)

esponente di velocità

funzione dell'angolo di impatto

durezza di Vicker (Pa)

angolo di impatto (grado)

La tabella riportata di seguito contiene i valori dei diversi parametri utilizzati nell'equazione 2.413 e nell'equazione 2.414 dell'equazione di erosione di Mansouri (2015).

0.6947

2.41

0.2

0.85

0.65

4.49 e-07

L'equazione di erosione del modello Grant-Tabakoff si esprime come segue:

Equazione 2.415

dove

Equazione 2.416

dove

tasso di erosione

velocità di impatto della particella (m/s)

angolo di impatto (grado)

angolo di erosione massima (grado)

Il tasso di erosione nell'equazione 2.415 è definito come la quantità, in milligrammi, di materiale rimosso per unità di massa (grammo) di particelle impattanti. L'unità di velocità è ft/s.

è l'angolo di erosione massima, ad esempio per una lega basata su alluminio.

I valori dei diversi coefficienti per il modello Grant-Tabakoff sono indicati nella tabella riportata di seguito.

3.67 e-06

0.585

6e-12

0.0016