在工程应用的过程中涉及到许多管道的应用,颗粒的冲蚀磨损是造成管道失效的主要形式之一,而弯头位置的冲刷磨损速率是直管段的10倍以上。研究弯头失效原因,可以明显提高管道的使用寿命。本文针对弯头内的液固两相流,采用CFD流体仿真方法分析弯头内的流场、颗粒轨迹、最大磨损位置和最大磨损速率等变化规律,主要的研究内容和结果如下:(1)采用欧拉-拉格朗日的计算方法,结合流体流动模型、颗粒离散相模型、壁面反射模型和磨损模型构建了弯头冲蚀磨损的数值模拟方法。将该模型所得管内流速分布和磨损速率与文献中的试验数据相对比,结果吻合良好,证明该模型可以准确模拟弯头内的流动分布和磨损速率;(2)采用所构建的弯头冲蚀磨损的数值模拟方法,分析了最大磨损速率和最大磨损位置与颗粒粒径、管道流速和管道几何形状之间的关系,确定了影响因素对最大磨损速率和最大磨损位置的影响。模拟结果表明,斯托克斯数对颗粒轨迹有一定的影响,但对最大磨损速率发生的位置无决定性作用,其发生的位置只与颗粒直径和弯头的弯径比相关且不随流速的变化而变化,且会在某一直径下发生突变;(3)利用该磨损规律设计新型减磨弯头,确定了该减磨弯头的形状,并对该弯头在不同工况下的减磨效率、结构强度和管道阻力进行了分析。相比于标准弯头,该新型弯头可以减少管道阻力,对粒径在0.6mm以下和流速低的工况减磨效果较好,而颗粒直径和流速继续增大,减磨效率就急剧降低。减磨效率在10%~40%之间波动,也几乎不增加阻力,但最大应力增加20%。