机械工程学报

作者：刘云海, 郑杜塬, 祝效华

单位：西南石油大学机电工程学院 成都 610500

关键词：液固两相,流体力学仿真,分子动力学仿真,冲蚀磨损；

油气开采水力压裂作业中，含砂压裂液在缓冲弯头弯肘处的高速湍流引发严重管壁冲蚀磨损，其复杂机制使得抗冲蚀优化面临挑战。为揭示冲蚀机理，构建了耦合流体力学、离散元与分子动力学的多尺度预测模型(CFD-DPM-MD)。研究发现：缓冲弯头主要冲蚀区域位于相贯线处，其损伤与颗粒滞留无关，而由涡旋诱导的颗粒多角度碰撞主导。微观冲击分析表明，固相颗粒碰撞导致壁面原子应力与动能超限时引发位错爆炸，产生非相变塑性变形及剥落。研究还发现，尽管40°冲蚀角下剪切应变面积最大，但65°冲蚀角形成的特殊形貌导致颗粒-壁面接触面积更大，最终冲蚀程度更严重。因此，提升缓冲弯头使用寿命的有效途径包括应用高抗剪切冲蚀涂层或设计特殊形貌壁面以减轻高冲蚀角度损伤。

来源：2026年第1期

《机械工程学报》期刊编辑部

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