انباشتگی (Accretion)

انباشتگی (Accretion) پدیده‌ای است که در آن ذرات در جریان چند فازی به تدریج و در طول زمان روی دیواره می‌چسبد. این مهم باعث ایجاد لایه‌ای اضافه روی دیوراه و افزایش ضخامت آن می‌شوند. انباشتگی نقطه مقابل خوردگی است. نرخ انباشتگی و خوردگی می‌توانند روی مرزهای دیواره مانیتور شوند. در این صفحه قصد داریم تا فرمولاسیون کلی هر دو پدیده خوردگی و انباشتگی را معرفی کنیم. نرخ خوردگی بصورت رابطه (324) تعریف می‌شود.

که C(dp): تابع قطر ذره،

γ: زوایه برخورد مسیر ذره با دیواره،

f(γ): تابع زاویه برخورد،

v: سرعت نسبی ذره،

b(v): تابع سرعت نسبی ذره و

Aface: مساحت وجه سلول روی دیواره می‌باشند.

C=1.8*10e-9، f=1 و b=0 مقادیر پیش‌فرض هستند. باید توجه داشت c، f و b به عنوان شرط مرزی روی دیواره و نه به عنوان خواص یک ماده تعریف می‌شوند. به همین خاطر با تغییر جنس مواد مقدار این پارامترها تغییر نمی‌کند. از این رو لازمست مقادیر مناسبی برای شرایط مرزی مرتبط با هر مسئله وارد نمایید. مقادیر این توابع برای خوردگی فولاد کربنی و آلومینیم توسط ماسه در تحقیقات ادواردز و همکاران [2] ارائه شده است. توابع c، f و b بورت جزء به جزء خطی، جزء به جزء چند جمله‌ای و یا چند جمله‌ای تعریف می‌شود تا بتوان آن را به صورت قسمتی از شرایط مرزی تعریف کرد.

واحد نرخ خوردگی:

نرخ خوردگی در واحد شار جرمی یا همان مواد حذف شده تقسیم بر مساحت-زمان نمایش داده شود. این نرخ می‌تواند متناسب با واحدهای تعریف شده در نرم افزارهایی همانند فلوئنت تعریف شود. توابع باید بگونه‌ای در واحدهای سازگار تعریف شده تا یک گروه بدون بعد با سرعت نسبی ذره و توان آن درست کنند.

شما می‌توانید با استفاده از یک تابع میدانی دلخواه (Custom Field Function) یا تغییر در واحدهای c، f نرخ خوردگی را به صورت ملموس طول/زمان (مثلا میلیمتر بر سال) محاسبه نمایید. انواع مدل‌های خوردگی متشکل از ثابت‌های متنوع در نرم افزارهایی مثل فلوئنت در دسترس است. خلاصه اینکه معادلات حاکم بر برخی از مدل‌های خوردگی را می‌توان به گونه‌ای تغییر داد تا در قالب معادله کلی توصیف کننده نرخ فرسایش (معادله 324) ظاهر شوند. به عنوان مثال مدل وابسته زاویه توسلا (Tusla Angle Dependent Model) که بصورت معادله (325) نشان داده شده [2] را می‌توان با انجام تغییراتی بصورت معادله (324) نوشت.

ER: نسبت خوردگی (جرم خوردگی سطح به جرم ذرات برخورد کننده)

B: سختی برنیل

Fs: ضریب شکل ذره

مدل توسلا مقادیر 1 را برای ماسه تیز/زاویه دار، 0.5 را برای ماسه نیم گرد و 0.2 را برای ماسه تمام گرد برای Fs پیشنهاد می‌کند. همانطور که در بالا اشاره شد، تابع زاویه برخورد می‌تواند بصورت جزء به جزء چند جمله‌ای هم بیان شود. f(γ) نشان داده شده در بالا تقریبی از تابع زاویه برخورد بین سطح فولادی و ماسه می‌باشد.

نرخ انباشتگی (Accretion) نیز از رابطه (326) بدست می‌آید.

نکته: در نرم افزار Fluent امکان بهره گیری از توابع دلخواه کاربر (UDF) برای هر نوع مدل خوردگی وجود دارد. برای مدل‌های پیچیده‌تر، همچون مدل‌هایی که در آن‌ها نتوان f را بصورت خطی یا چند جمله‌ای تقریب زد، مدل پیش فرض Erosion Model موجود در پنجره شرط مرزی دیواره (در نرم افزار Fluent) قابل استفاده نخواهد بود. بنابراین در چنین شرایطی لازمست به‌ جای آن از UDF استفاده نمود.

:[1]

J. K. Edwards, B. S. McLaury, and S. A. Shirazi. “Evaluation of Alternative Pipe Bend Fittings in Erosive Service”. In Proceedings of ASME FEDSM’00: ASME 2000 Fluids Engineering Division Summer Meeting, Boston, MA. June 2000.

:[2]

J. K. Edwards, B. S. McLaury, and S. A. Shirazi. “Supplementing a CFD Code with Erosion Prediction Capabilities”. In Proceedings of ASME FEDSM’98: ASME 1998 Fluids Engineering Division Summer Meeting, Washington DC. June 1998.