气田集输管道中的微小固体颗粒会造成90°弯头冲刷磨损,严重情况下使弯头穿孔破坏,危害气田安全生产。这是由于气田(如页岩气)出砂,井口开采物流含一定量固体砂砾、岩屑。井场初步分离工艺可除去大尺寸固体杂质,但受限于分离设备效果,集输管道中将残留少量细微颗粒。90°弯头处,气体在极小的空间内发生流动方向改变,颗粒杂质冲击壁面,造成一定程度冲刷破坏。本文针对气田集输工况90°弯头的冲刷磨损问题,利用CFD数值模拟实验和室内环道实验相结合的方法,从不同角度对弯头冲刷的瞬态和稳态行为进行研究。数值模拟实验方面,利用ANSYS ICEM建立弯头几何模型,并校对网格无关性;利用Fluent建立求解器:选择Peng-Robinson状态方程和RNG k-ε湍流模型计算弯头内气相主流场分布,开启DPM模块描述颗粒运动,Tulsa冲刷模型预测固体颗粒的冲刷行为。采用控制变量的方法,分别对流速、压力、颗粒尺寸和管径进行数值模拟实验,研究弯头冲刷量和冲刷分布区域。室内实验方面,基于集输管道系统所包含的5种90°弯头安装位置,设计并搭建了一套基于不同流向气固两相流90°弯头冲刷环道实验装置。该装置与DN150集输管道几何比尺1:1,可实现0～50m/s管内气流速度,以空气携带天然石英砂模拟天然气携岩屑对弯头的冲刷过程。在环道实验中,采用目前精度最高的0.001mm超声波测厚仪,检测不同流速和不同重力方向的弯头壁面减薄情况;采用SEM扫描电镜观察金属受冲刷后表面形貌;采用着色法研究弯头冲刷进化趋势。首次应用重力场和气相流场叠加作用的方法,研究了不同流向弯头的冲刷行为,得出不同重力方向下弯头冲刷区域分布规律。综上所述,通过数值模拟与室内环道实验研究,得到了气田集输工况下的各因素对90°弯头冲刷磨损的影响特征和弯头冲刷磨损机理与进化趋势。绘制了压力-颗粒尺寸冲刷区域族谱图,为现场检测弯头壁厚的减薄区域提供理论依据。本论文的研究对控制弯头冲刷磨损与气田集输系统安全生产具有重要的工程意义。