[發明專利]一種減輕固粒對壁面沖蝕磨損的方法

無效

• 申請號: 201210532493.4
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103018005A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 林建忠;袁方洋;錢麗娟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N3/56
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明屬于壁面磨損領域，特別涉及一種減輕固粒對壁面沖蝕磨損的方法。

背景技術

在鋼鐵、機械及石化等工程領域存在大量的氣-固兩相流動體系，如兩相葉輪機械、氣力輸送及除塵裝置等。由于氣流中的固粒速度很大，而且經常偏離流線，所以會對壁面產生沖擊磨損，影響正常生產并帶來事故隱患。因此，有必要研究該類流動體系的壁面磨損行為。通常有兩種方法來減輕壁面磨損，其一是提高壁面材料的抗磨性，如使用耐磨材料、在壁面上鍍覆耐磨材料或對壁面進行改性處理等，但采用該種方法往往導致成本提高。其二是根據氣-固兩相流理論，通過改變壁面形狀來改變近壁流場的條件，從而影響固粒的速度和軌跡，最終減輕固粒對壁面的磨損。近年來的研究有采用在壁面上沿流體垂直方向焊肋條的方法，這種方法雖能減輕磨損，但帶來流場附加損失；另有在流場入口引進擾動促進擬序結構的產生以減輕磨損，雖然此方法的減磨效果較好，但較難實施。

本發明針對現有技術的不足，綜合考慮了成本，流場損失，可行性等多方面因素，提出了減輕固粒對壁面沖蝕磨損的經濟有效的方法，并給出了減磨效果最明顯的開槽方式，界定了獲得較低磨損率所需顆粒粒徑和入射角的范圍。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種減輕固粒對壁面沖蝕磨損的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種減輕固粒對壁面沖蝕磨損的方法，該方法包括：

（1）在壁面上開鑿縱向溝槽，且溝槽寬度與溝槽間距相等；

（2）固體顆粒加工至直徑小于50μm的小顆粒；

（3）調整固體顆粒入射角為10°~30°或70°~90°。

本發明的有益效果是：本發明通過在壁面上開鑿縱向溝槽以減輕固粒對壁面磨損，從而以一種較低成本的方式對在鋼鐵、機械及石化等工程領域存在大量氣-固兩相流動體系的設備起到有效的保護，減少了設備的維修與更新，同時降低了長期運行的大型設備由于磨損帶來的事故隱患，提高了生產的穩定與安全，從而帶來一定的經濟效益。

附圖說明

圖1是試驗裝置示意圖；

圖中，儲氣罐1、管道2、閥門3、壓力計4、流量計5、粉煤灰罐6、試件7、分離器8、收集箱9、通風機10。

具體實施方式

本發明減輕固粒對壁面沖蝕磨損的方法為：在壁面上開鑿若干縱向溝槽，以減輕固粒對壁面磨損。當溝槽寬度與溝槽間距相等時，減輕磨損的效果最顯著。在壁面和顆粒材料確定的情況下，磨損率取決于顆粒的尺寸及進口處顆粒運動方向。當壁面材料為A3鋼，壁面長度，寬度，厚度為450mm×120mm×15mm，壁面開槽寬度，高度及溝槽間距為6mm×5mm×6mm，對于密度為1500kg/m³粉煤灰顆粒，當顆粒直徑為0~50μm，入射角為10°~30°或70°~90°時，單位質量顆粒的磨損率可小于9mm³。其中磨損率定義為碰撞到壁面的單位質量顆粒所產生的壁面磨損體積損失，單位是mm³。入射角定義為進口處顆粒運動方向及水平方向之間的夾角，單位是度數。

由于氣流中的固粒速度很大，而且經常偏離流線，對固粒在湍流場中與壁面的碰撞磨損的測量難度極高。因而本發明所提出的方法其推導依據是基于數值模擬和實驗驗證兩種方法。

其中數值模擬方法中模型包括近壁流場模型和顆粒模型。顆粒在近壁流場中受到多種力的作用而運動，采用拉格朗日法計算作用在固粒上的力，然后得到固粒的運動信息，再就固粒效應對流場進行修正。由于涉及的流場中存在局部低雷諾數區域，難以直接應用標準k-ε模式，因此需采用針對低雷諾數情形修正過的k-ε模式。首先，在邊界條件下求解湍動能和耗散率得到氣流場的速度，將計算區域劃分成子區域，并將方程在子區域上積分后得到一系列代數方程，然后迭代求解。其次，計算顆粒速度和軌跡。第三，考慮顆粒對流場反作用下的流場速度修正。第四，當顆粒碰到壁面時，計算顆粒的反彈速度和角度，同時計算壁面的磨損量。最后，顆粒碰到壁面后，根據顆粒的反彈速度和角度，從第三部開始繼續計算。計算時，每個算例的顆粒數為8萬，顆粒在入口處沿y和z方向等距離分布，間距為1mm，初始時刻的顆粒和氣流的速度相同，顆粒的初始運動方向隨機選取。經過大量計算，最終得出開鑿縱向溝槽后顆粒對壁面的磨損，以及磨損率與溝槽高度和間距的關系，顆粒對壁面磨損的影響等。