Simulazione > Creo Flow Analysis > Pre-elaborazione > Definizione della fisica > Particella > Fisica > Modellazione dell'erosione delle particelle
Modellazione dell'erosione delle particelle
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.
Creo Flow Analysis 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)
Modello di Finne
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.
Modello di Zhang
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
Modello di Oka
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, nell'equazione 2.407, nell'equazione 2.408, nell'equazione 2.409 e nell'equazione 2.410 sono indicati nella seguente tabella:
60
-0.12
0.19
0.71
2.4
0.14
-0.94
Modello di DNV
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
Modello di Mansouri
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
Modello di Grant-Tabakoff
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