随着石油工业的发展,天然气在能源领域扮演着越来越重要的角色。天然气长输管道在输送天然气时,由于管道中存在些许颗粒粉尘等杂质,在气流的高速携带作用下会对球阀造成冲击,形成沟痕以及开裂等情况,即对球阀产生冲蚀磨损效应。结果导致球阀损坏失效,密封性减弱气体泄漏,从而造成危险状况缩短球阀使用寿命。在现有的研究中,针对直管、弯管的冲蚀磨损研究较多,而对于球阀研究却很少,现有的理论并不能很好的预测球阀冲蚀磨损情况。鉴于此问题,本文以金属固定球阀为例,采用有限元法多物理场耦合计算软件Comsol Multiphysics对气固两相流对球阀冲蚀磨损情况进行数值模拟研究,主要研究内容如下:对球阀进行三维建模,选取物理场控制网格序列类型进行划分网格,对流动介质采用欧拉-拉格朗日描述方法。对流场内的特征变化速度、压力、湍动能和颗粒运动轨迹等进行模拟得到球阀易冲蚀磨损区域,发现冲蚀磨损部位主要产生在阀芯迎流面、内通道壁面,锐缘处磨损程度较严重。从不同结构参数(开度、内通道直径)和不同流动参数(速度、颗粒大小、颗粒直径)分析了其对球阀冲蚀磨损的影响规律。结果发现冲蚀磨损在短短瞬间几秒钟就会产生,造成的危害很大,控制一定的流速、阀门开度以及减少颗粒粒径等可以减少冲蚀磨损程度。考虑了流固耦合作用下球阀的冲蚀磨损情况,分析球阀迎流面应力变形位移情况,将流固耦合作用下的冲蚀磨损与非流固耦合作用下的冲蚀磨损进行对比分析,揭示出流固耦合作用下冲蚀磨损的作用机理。最后将数值模拟结果与现场实际球阀冲蚀磨损情况进行比对,验证了数值模拟结果的准确性并提出相应的防护建议。球阀冲蚀磨损机理相对复杂,采用以往的实验法总体来说会受到环境、工况条件等因素限制,研究结果误差较大,局限性较强,只能适用特定型号。CFD数值模拟技术相比实验来说,能够详尽的显示出流场周围的微观流动特性和冲蚀磨损情况,节省了大量时间和费用,高效简捷、适用范围较广,为现场工程实际安全操作提供了理论指导,也为今后的球阀结构优化和增加球阀使用寿命提供相应的数据支持,对天然气能源的高效利用具有十分重要的意义。