陳一鳴，董美，王博，劉宏達(dá)，汪星彤

（1.遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001；2.里賈納大學(xué) 工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，薩斯喀徹溫省里賈納市 SK S4S 0A2，加拿大）

管道運(yùn)輸因其良好的經(jīng)濟(jì)性和安全性成為石油天然氣行業(yè)重要的運(yùn)輸方式之一[1-2]。管道輸送的流體并不是單相介質(zhì)，通常會(huì)伴有酸性溶解氣和水相等兩相或者多相介質(zhì)[3]，而酸性溶解氣和水相的存在會(huì)為管道發(fā)生內(nèi)腐蝕提供腐蝕環(huán)境[4-6]。根據(jù)文獻(xiàn)資料可知[7]，未經(jīng)脫水處理的管道內(nèi)局部含水率可高達(dá)90%，因此，任何適用于單相介質(zhì)的管道腐蝕模型都不能準(zhǔn)確地描述管道內(nèi)部腐蝕的真實(shí)情況，建模分析結(jié)果也不能充分再現(xiàn)內(nèi)部發(fā)生腐蝕的過(guò)程和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)管道發(fā)生腐蝕的位置。

目前，大多數(shù)公布的管道內(nèi)部腐蝕模型主要適用于單一水環(huán)境或者油-水乳液環(huán)境[8-9]，即輸水管道或者輸油管道，但很少有研究人員嘗試研究氣液兩相流的腐蝕規(guī)律[10-12]，然而輸液管道的腐蝕機(jī)理與輸氣管道又存在明顯的差異[13-15]。由于輸液管道內(nèi)流體流速較低，流動(dòng)流型較為簡(jiǎn)單，因此建模和計(jì)算過(guò)程較易實(shí)現(xiàn)，但是輸氣管道內(nèi)部流體流速普遍較高，管內(nèi)流型多變，因此建模和求解過(guò)程較難實(shí)現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算流體力學(xué)理論建立腐蝕模型來(lái)預(yù)測(cè)輸氣管道氣液兩相流的腐蝕特性是一種較好的研究方式。含酸性溶解氣的氣液兩相流管道發(fā)生腐蝕的情況較為復(fù)雜，主要包括2 個(gè)方面，一是酸性溶解氣的電化學(xué)腐蝕，二是流體的沖刷腐蝕。電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生是由于金屬因失去電子而被氧化的過(guò)程，而沖刷腐蝕的產(chǎn)生是由于金屬表面上的物理沖擊造成了機(jī)械損傷而引起的腐蝕增加。當(dāng)管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕之后，由于后續(xù)高速流體的沖擊作用，導(dǎo)致腐蝕加速和失效風(fēng)險(xiǎn)增加的過(guò)程稱(chēng)為流動(dòng)輔助腐蝕，簡(jiǎn)稱(chēng)流致腐蝕（Flow-Assisted Corrosion，F(xiàn)AC）[16-17]。Islam等[18]指出，F(xiàn)AC 對(duì)管道材料的腐蝕和失效有很大影響，這是因?yàn)楦咚倭黧w流動(dòng)產(chǎn)生的剪應(yīng)力會(huì)破壞金屬自身及其表面的電化學(xué)腐蝕保護(hù)膜，進(jìn)而加速管道的局部腐蝕過(guò)程[19-20]，特別是在彎頭、異徑管和T 形管等特殊位置。因此，要想充分了解和定位天然氣輸送管道發(fā)生內(nèi)腐蝕的位置，需要對(duì)管道進(jìn)行FAC 分析。

本文利用計(jì)算流體力學(xué)模型研究氣液兩相流天然氣管線內(nèi)的水潤(rùn)濕條件，即電化學(xué)腐蝕情況，并考慮不同流速、彎管角度對(duì)壁面剪切力的影響，即沖刷腐蝕情況，通過(guò)結(jié)合輸氣管道電化學(xué)腐蝕情況與沖刷腐蝕現(xiàn)象來(lái)研究天然氣管道的FAC 情況，進(jìn)而為天然氣管道的安全提供理論依據(jù)。

1 數(shù)學(xué)模型

1.1 湍流模型

管道內(nèi)流體為湍流流動(dòng)，為提高計(jì)算精度，采用適用于大曲率內(nèi)部流動(dòng)的k-w模型對(duì)流體進(jìn)行計(jì)算，求解方程見(jiàn)式（1）—（5）。

式中：ρ為流體密度，kg/m3；u為流體速度，m/s；t為時(shí)間，s；k為湍動(dòng)能，J；ω為湍動(dòng)能耗散率；σk與σω為k與ω對(duì)應(yīng)的湍流Prandtl 數(shù)；μ為流體動(dòng)力黏度，Pa·s；μt為湍動(dòng)流體動(dòng)力黏度，Pa·s；α*為湍流黏度系數(shù)；Γk與Γω為有效擴(kuò)散率項(xiàng)；Gk為速度梯度產(chǎn)生項(xiàng)，J；Gω為耗散率產(chǎn)生項(xiàng)；Yk與Yω為湍流擴(kuò)散項(xiàng)。

1.2 多相流模型

管道內(nèi)流體為氣水兩相流動(dòng)，并且水中溶解非飽和狀態(tài)的CO2。為了準(zhǔn)確地模擬管道內(nèi)的多相流動(dòng)，運(yùn)用ANSYS Fluent 中的Volume of Fluid（VOF）模型進(jìn)行求解和計(jì)算。

1）體積分?jǐn)?shù)方程。由于計(jì)算過(guò)程中涉及氣液兩相流動(dòng)，因此通過(guò)動(dòng)量方程對(duì)流域內(nèi)流體體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行跟蹤，其相間界面的跟蹤通過(guò)相體積分?jǐn)?shù)的連續(xù)性方程獲得。求解方程為：

式中：keff為有效熱導(dǎo)率，其數(shù)值相間共享；Sh為輻射及其他體積熱源；Eq為基于q相比熱與溫度得到的能量。

2 方法

2.1 模型及參數(shù)設(shè)定

考慮天然氣管道的實(shí)際工況，管道中的流體為氣水兩相流，CO2溶解在水中未達(dá)到飽和[21]。如圖1 所示，設(shè)定2 種管道運(yùn)行工況，分別為向上傾斜管道（Case 1）和向下傾斜管道（Case 2）。其中，管道直徑為300 mm，有效長(zhǎng)度為5 000 mm，向上、向下傾斜角度均為30°。設(shè)定管內(nèi)流體流速為0.5、1、2、3 m/s，氣液體積百分比為1∶9、3∶7、5∶5、7∶3、9∶1，溫度為20 ℃，操作壓力為3 MPa[10]。

圖1 幾何模型Fig.1 Geometric model

2.2 網(wǎng)格劃分和檢驗(yàn)

管道網(wǎng)格使用ANSYS ICEM 軟件生成，選擇高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)模型進(jìn)行劃分。網(wǎng)格劃分結(jié)果，如圖2 所示。

圖2 網(wǎng)格劃分Fig.2 Meshing

為獲取足夠的網(wǎng)格密度來(lái)保障計(jì)算精度，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行獨(dú)立性檢驗(yàn)。選取壁面剪應(yīng)力為分析指標(biāo)，模擬條件是流體流速為0.2 m/s、氣液比為5∶5，結(jié)果如圖3 所示?？梢钥闯?，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)小于351 246 時(shí)，壁面剪應(yīng)力未達(dá)到最大值，而大于此網(wǎng)格數(shù)的計(jì)算結(jié)果大致相同。因此，選擇此網(wǎng)格密度為CFD 模擬的最佳網(wǎng)格參數(shù)。

圖3 網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證Fig.3 Grid independence verification

2.3 初始及邊界條件

運(yùn)用ANSYS FLUENT 20.0 軟件進(jìn)行仿真和計(jì)算。在模擬計(jì)算過(guò)程中，流體為瞬態(tài)流動(dòng)，溫度波動(dòng)對(duì)流體流動(dòng)的影響忽略不計(jì)，不考慮相變與相間傳質(zhì)[22]。假定管道壁處的流體停滯，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)對(duì)其進(jìn)行定義。管道入口設(shè)置速度入口邊界，管道出口設(shè)置壓力出口邊界，壁面設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)壁面邊界。松弛量變量均設(shè)為0.3，離散方式選擇二階迎風(fēng)模式進(jìn)行計(jì)算。瞬態(tài)仿真過(guò)程包括200 個(gè)時(shí)間步，時(shí)間步長(zhǎng)0.05，每個(gè)時(shí)間步內(nèi)進(jìn)行100 次迭代。

3 結(jié)果與分析

3.1 電化學(xué)腐蝕

3.1.1 腐蝕機(jī)理

根據(jù)Baker 等[24]對(duì)兩相流流型的分類(lèi)，當(dāng)管內(nèi)流速較低時(shí)，管內(nèi)流型以分層流為主，此時(shí)管道的底部會(huì)被水相潤(rùn)濕，因此管道底部的電化學(xué)腐蝕情況較為嚴(yán)重；當(dāng)管內(nèi)流速較高時(shí)，管道流型將出現(xiàn)波浪流、段塞流等不穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)，管內(nèi)流體波動(dòng)變得十分劇烈，此時(shí)不僅管道底部會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，而且管道的其他部位也會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。因此，管道電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象與水相潤(rùn)濕條件密切相關(guān)，要想得到準(zhǔn)確的電化學(xué)腐蝕區(qū)域，對(duì)管道內(nèi)水相的積聚位置分析尤為重要。

3.1.2 積聚水相分析

根據(jù)已有文獻(xiàn)可知[25]，管道內(nèi)水相主要存在2種狀態(tài)，一是積聚狀態(tài)，二是離散狀態(tài)。積聚水相的存在會(huì)對(duì)管道壁面產(chǎn)生嚴(yán)重的水潤(rùn)濕效應(yīng)，從而為電化學(xué)腐蝕提供良好的腐蝕環(huán)境，而離散水相則不會(huì)引起腐蝕反應(yīng)[26]。因此，在預(yù)測(cè)管道內(nèi)腐蝕時(shí)，要對(duì)管道積聚水相和離散水相分布進(jìn)行準(zhǔn)確地判斷。

3.1.2.1 上傾斜管流型

圖4 顯示了流體流速和含水率對(duì)上傾30°斜管流型水相體積分?jǐn)?shù)的影響。可以看出，天然氣管道內(nèi)流體的流動(dòng)方式主要取決于流速和含水率。在較低的流速條件下，如圖4a 和圖4b 所示，由于重力作用管道底部始終被水相所覆蓋，特別是彎頭位置；當(dāng)流速恒定時(shí)，隨著含水率的增加，積聚水相的厚度逐漸加大且彎管前、后的直管段積聚水相有向彎管處聚集的趨勢(shì)。在較高的流速條件下，如圖4c 所示，低含水率（10%和30%）管道底部的積聚水相厚度逐漸減小，彎管前、后的直管段積聚水相甚至完全消失，積聚水相逐漸由積聚狀態(tài)轉(zhuǎn)化為離散狀態(tài)，離散后的水相彌散在管道內(nèi)部；而高含水率（50%、70%和90%）管道內(nèi)部雖然也有部分水相發(fā)生了離散現(xiàn)象，但該現(xiàn)象并不明顯，管道底部仍然積聚大量的水相。當(dāng)流體流速進(jìn)一步增加時(shí)，如圖4d 所示，低含水率（10%和30%）管道內(nèi)的離散現(xiàn)象被進(jìn)一步加劇，彎管前、后直管內(nèi)的積聚水相厚度進(jìn)一步減小，但是彎管處的積聚水相厚度逐漸增加且高于前、后的直管段；而在高含水率管道內(nèi)，與之前的研究結(jié)論類(lèi)似，管道內(nèi)積聚水相的離散現(xiàn)象并不明顯，管道底部仍有大量積聚水相存在。由于管道發(fā)生腐蝕的先決條件是管內(nèi)壁的水潤(rùn)濕性，管道底部積聚水相越多，管道發(fā)生內(nèi)腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)就越高，因此高流速低含水率的傾斜管的彎頭處是主要的腐蝕區(qū)域。

圖4 流體流速和含水率對(duì)上傾30°斜管流型水相體積分?jǐn)?shù)的影響Fig.4 Effect of fluid velocity and water content on the volume fraction of water phase in a 30° upwardly inclined pipeline

3.1.2.2 下傾斜管流型

圖5 顯示了流體流速和含水率對(duì)下傾30°斜管流型水相體積分?jǐn)?shù)的影響?？梢钥闯觯谳^低的流速條件下，如圖5a 和圖5b 所示，無(wú)論是低含水率管道還是高含水率管道，水相均在彎管及彎管前、后直管段的底部出現(xiàn)明顯的積聚現(xiàn)象，并且隨著含水率的增加，管道底部積聚水相的厚度逐漸增大，即在低流速的條件下，氣液混輸?shù)南聝A管道內(nèi)均會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。在較高的流速條件下，如圖5c 所示，低含水率（10%和30%）管道底部的積聚水相逐漸發(fā)生離散效應(yīng)，管道底部積聚水相的厚度明顯較小，即低含水率下傾氣液混輸管道隨流體流速的增加，管道電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象有所改善；但是對(duì)于高含水率（50%、70%和90%）管道，積聚水相的離散作用較小，管道內(nèi)部仍然會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。當(dāng)流速進(jìn)一步增加時(shí)，如圖5d 所示，低含水率（10%）管道底部的積聚水相全部轉(zhuǎn)化為離散水相，水相不再積聚在管道底部，因此管道內(nèi)部的電化學(xué)腐蝕情況得到了最大程度的改善；但是高含水率（50%、70%和90%）管道內(nèi)的積聚水相影響較小，仍有大量的水相積聚在管道底部。

圖5 流體流速和含水率對(duì)下傾30°斜管流型中水相體積分?jǐn)?shù)的影響Fig.5 Effect of of fluid velocity and water content on the volume fraction of water phase in a 30° downwardly inclined pipeline

3.2 沖刷腐蝕

含酸性溶解氣的輸氣管道除電化學(xué)腐蝕外，還會(huì)受到高速流體的沖刷腐蝕。雖然管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕產(chǎn)物膜在一定程度上可以阻礙后續(xù)流體的腐蝕作用，但是由于高速流體的沖刷腐蝕會(huì)導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物膜脫落，從而加速腐蝕速率[27]。影響沖刷腐蝕最重要的因素是壁面剪切力的分布和大小，為了研究管道發(fā)生沖刷腐蝕，對(duì)管道內(nèi)部的壁面剪切力進(jìn)行分析。

3.2.1 壁面剪切力分析

圖6 顯示了流體流速對(duì)壁面剪切應(yīng)力的影響，模擬條件為氣液比7∶3（含水率為30%）的上傾30°和下傾30°斜管流型。可以看出，對(duì)于上傾斜管流型，隨著流體流速的增加，壁面剪切力逐漸增大且影響面積存在向上延伸的趨勢(shì)，但不同流體流速條件下的壁面剪切力分布存在著明顯的差異；當(dāng)流體流速較低時(shí)，壁面剪切力主要集中在彎管及彎管前直管段的底部；當(dāng)流體流速較高時(shí)，壁面剪切力則主要集中在彎管及彎管后直管段的底部。對(duì)于下傾斜管流型，隨著流體流速的增加，壁面剪切力逐漸增大且影響面積近似保持不變，無(wú)論低流速流體還是高流速流體，壁面剪切力均集中在彎管及彎管后直管段的頂部。

圖6 流體流速對(duì)壁面剪切應(yīng)力的影響Fig.6 Effect of fluid velocity on wall shear stress

圖7 顯示了含水率對(duì)壁面剪切應(yīng)力的影響，模擬條件是流速為3 m/s 的上傾30°和下傾30°斜管流型?？梢钥闯觯嗤瑮l件下，上傾斜管流型的壁面剪切力遠(yuǎn)大于下傾斜管流型。對(duì)于上傾斜管流型，當(dāng)含水率較小時(shí)，壁面剪切力主要集中在彎管的底部；當(dāng)含水率較大時(shí)，壁面剪切力的集中區(qū)域逐漸由彎管底部向彎管后直管段延伸且影響面積逐漸增大。對(duì)于下傾斜管流型，隨著彎管角度的增加，壁面剪切力逐漸增大且影響面積近似保持不變，無(wú)論低含水率還是高含水率，壁面剪切力均集中在彎管及彎管后直管段的頂部。

圖7 含水率對(duì)壁面剪切應(yīng)力的影響Fig.7 Effect of water content on wall shear stress

圖8 顯示了彎曲角度對(duì)壁面剪切應(yīng)力的影響，模擬條件是流速為3 m/s、氣液比為7∶3 的上傾和下傾斜管流型?？梢钥闯?，相同條件下，上傾斜管流型的壁面剪切力遠(yuǎn)大于下傾斜管流型。對(duì)于上傾斜管流型，當(dāng)彎管角度較小時(shí)，壁面剪切力主要集中在彎管的底部；當(dāng)彎管角度較大時(shí)，壁面剪切力逐漸向彎管后的直管段延伸且影響區(qū)域遍布管道周身。對(duì)于下傾斜管流型，隨著彎管角度的增加，壁面剪切力的大小和影響面積均逐漸增大；當(dāng)彎管角度較小時(shí)，壁面剪切力主要集中在彎管頂部；當(dāng)彎管角度較大時(shí)，壁面剪切力主要集中在彎管頂部和下傾管頂部。

圖8 彎曲角度對(duì)壁面剪切應(yīng)力的影響Fig.8 Effect of bending angle on wall shear stress

3.2.2 缺陷處的局部腐蝕

管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)物膜可以在一定程度上保護(hù)管道的后續(xù)腐蝕，但如前文分析，積聚水相的位置與最大剪切力的位置均在彎管附近，因此積聚水相的存在不僅會(huì)影響電化學(xué)腐蝕，還會(huì)影響壁面剪切力的分布。當(dāng)管道在積水位置發(fā)生電化學(xué)腐蝕后，由于高速流體的沖刷腐蝕很容易造成局部腐蝕缺陷，而局部腐蝕是造成管道泄露穿孔的重要原因，因此有必要對(duì)缺陷處的流場(chǎng)及壁面剪切力進(jìn)行分析。管道的腐蝕缺陷模型，如圖9 所示，其中凹坑直徑為1.0 mm。

圖9 管道腐蝕缺陷模型Fig.9 Pipeline corrosion defect model

管道腐蝕凹坑內(nèi)的流場(chǎng)分布，如圖10 所示。可以看出，流體在腐蝕凹坑處呈環(huán)狀流動(dòng)，凹坑右側(cè)壁面與流體方向垂直，主要受流體的沖擊作用；而凹坑左側(cè)壁面與流體流動(dòng)方向平行，主要受流體的剪切應(yīng)力作用。從圖中還可以看出，凹坑左側(cè)的壁面剪切力要遠(yuǎn)大于凹坑右側(cè)，因此凹坑左側(cè)腐蝕產(chǎn)物膜的破壞更嚴(yán)重[18,28]。

圖10 管道腐蝕凹坑內(nèi)流場(chǎng)分布云圖Fig.10 Cloud map of flow field distribution in pipeline corrosion pit

此外，壁面剪切力不僅會(huì)造成產(chǎn)物膜脫落，還會(huì)加速流體內(nèi)介質(zhì)的傳輸速度。在高壓天然氣管道中，管內(nèi)水中通常會(huì)存在許多氣泡，而當(dāng)流體流過(guò)凹坑時(shí)，由于局部壓力的變化和壁面剪切力的作用下，氣泡往往會(huì)從水中逸出造成空蝕，加速局部腐蝕過(guò)程。氣泡空化示意圖如圖11 所示。

圖11 氣泡空化示意圖Fig.11 Schematic diagram of bubble cavitation

通過(guò)上述討論可知，壁面剪切力和氣泡空化均會(huì)造成腐蝕產(chǎn)物層的破壞，并且由剪切力計(jì)算理論可知，流速越大，腐蝕產(chǎn)物膜破壞越嚴(yán)重。因此，缺陷處的局部腐蝕速率遠(yuǎn)高于管道的其他位置，進(jìn)一步加速腐蝕坑的破壞進(jìn)程。同時(shí)，壁面剪切力加速了水中氣泡的擴(kuò)散過(guò)程，相關(guān)研究表明，氣泡空化造成的沖擊力高達(dá)108Pa[28]。毫無(wú)疑問(wèn)，這種大小的應(yīng)力會(huì)影響產(chǎn)物膜的完整性甚至直接破壞管道基體。

3.3 流致腐蝕

基于上述分析可知，天然氣管道由于內(nèi)部介質(zhì)流速快往往會(huì)受到電化學(xué)腐蝕和流體沖擊（力學(xué)行為）共同作用的影響。積聚水相的位置是發(fā)生電化學(xué)腐蝕的主要區(qū)域，而壁面剪切力大小決定腐蝕的嚴(yán)重程度。當(dāng)含酸性溶解氣的輸氣管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕后，高速流體對(duì)管道的沖擊作用會(huì)進(jìn)一步加重腐蝕現(xiàn)象，即會(huì)形成FAC 腐蝕。為了分析斜管流型內(nèi)的FAC 規(guī)律，選取上傾30°斜管和下傾30°斜管流型進(jìn)行對(duì)比分析。

圖12 顯示了斜管流型FAC 規(guī)律?？梢钥闯觯瑢?duì)于上傾管道，最大壁面剪切力主要集中在彎管及彎管后直管段的底部，積聚水相的位置也主要分布在管道底部，因此在彎管附近不僅會(huì)受到電化學(xué)腐蝕，還會(huì)受到流體沖擊加劇腐蝕的作用，即彎管及彎管后的直管段會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的FAC 現(xiàn)象。對(duì)于下傾管道，最大壁面剪切力主要集中在彎管的頂部，而積聚水相主要集中在管道的底部，因此在彎管頂部會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的局部流動(dòng)沖擊，而在管道底部會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕；由于雙重作用的集中區(qū)域并未重合，因此下傾管道并未發(fā)生嚴(yán)重的FAC 現(xiàn)象。通過(guò)上述分析可知，對(duì)于含酸性溶解氣的輸氣管道，通過(guò)分析FAC 的規(guī)律，可為管道的安全運(yùn)行及長(zhǎng)期使用起到一定的指導(dǎo)作用。

圖12 斜管流型FAC 規(guī)律分析Fig.12 Analysis of FAC law of inclined pipe flow pattern: a) upward inclined pipeline;b) downward inclined pipeline

4 結(jié)論

1）天然氣管道中水相與CO2的原電池反應(yīng)會(huì)形成電化學(xué)腐蝕，兩者在管道內(nèi)的分布情況受含水率和流速共同影響。當(dāng)含水率小于10%、流速大于3 m/s時(shí)，直管段的水才會(huì)以離散形式離開(kāi)壁面，彎頭處則會(huì)出現(xiàn)水相聚集，而在其他條件下，直管段與彎頭處始終會(huì)出現(xiàn)水相聚集；對(duì)于下傾管道，相同含水率和流速條件下，水相會(huì)完全離散在管內(nèi)，不出現(xiàn)水相聚集現(xiàn)象。

2）管道內(nèi)壁面剪切力的增加會(huì)加快腐蝕速率。對(duì)于上傾管道，隨著流速、含水率及彎管角度的增加，壁面剪切力也會(huì)隨之增加，最大壁面剪切力的位置出現(xiàn)在彎管底部及上傾管道的下壁面；對(duì)于下傾管道，最大壁面剪切力的變化趨勢(shì)基本與上傾管內(nèi)一致，但作用位置出現(xiàn)在彎管上壁面及下傾管道的上壁面。

3）由于積聚水相位置與最大壁面剪切力位置的重疊，上傾管彎頭積水位置形成的腐蝕產(chǎn)物膜會(huì)保護(hù)金屬基體免受進(jìn)一步腐蝕，但在壁面剪切力的作用下往往會(huì)產(chǎn)生局部損壞，由于產(chǎn)物膜損壞而暴露的金屬與周?chē)g產(chǎn)物會(huì)形成電偶腐蝕，造成管道局部缺陷，在氣泡空化與剪切力的持續(xù)作用下，流致腐蝕現(xiàn)象將明顯加劇。