水力旋流器是利用离心力场,加速其内部颗粒沉降和强化分离过程的有效分离设备,作为选煤厂至关重要的分选设备之一,水力旋流器具有体积小、造价低、分离效率高等特点,在选煤厂中被广泛使用。水力旋流器内运行介质一般都有速度较快、颗粒大等特点,由此产生的磨损问题更是成为了水力旋流器最主要的失效形式。因此,本文针对水力旋流器壁面出现的严重磨损问题,采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了水力旋流器壁面磨损规律。本论文以直径Φ150 mm的水力旋流器为例,利用Fluent软件对水力旋流器进行壁面磨损的数值模拟计算,求解了其内部流场和固体颗粒的运动特性,探究了壁面磨损的基本特征。结果表明,水力旋流器壁面磨损以局部磨损为主,其中磨损最严重的部位在锥段下部靠近底流口处,进口环形空间区域磨损次之,磨损程度最轻的是柱段及顶板处。在水力旋流器进口环形空间处,壁面磨损率在圆周方向上先增加后降低,且约为柱段区域壁面磨损率的1.63倍;柱段区域壁面磨损分布呈螺旋带状,磨损率则呈波形曲线变化;在锥段区域,壁面磨损率沿Z轴正方向逐渐增加,在底流口附近到达峰值,该处磨损率约是上锥段区域壁面磨损率的8.56倍,下锥段区域壁面磨损率的1.93倍。探讨了水力旋流器的结构参数进口形式和底流口直径对壁面磨损的影响规律:当水力旋流器的入口形式由单入口变为双入口时,对进口环形区域壁面磨损影响最大,单入口式进口环形区域壁面磨损范围较大,磨损率峰值在圆周方向75°左右,双入口式壁面磨损范围略小,但存在两处磨损率峰值,在圆周方向75°和255°附近,壁面最大磨损率较单入口式降低了28%;随着水力旋流器底流口直径的增加,各部位壁面磨损规律基本保持不变,但各部位壁面磨损率却呈降低趋势。底流口直径由Φ12 mm增加到Φ18 mm时,水力旋流器锥段区域壁面磨损率峰值降幅最大,降低了23%,由此可知水力旋流器底流口直径的增加,对锥段下部靠近底流口处壁面磨损影响最大。探究了水力旋流器的操作参数进口速度和颗粒粒径对壁面磨损的影响规律:进口速度是影响水力旋流器壁面磨损的重要因素之一,当进口速度由5 m/s增加到15 m/s时,在水力旋流器进口环形空间、柱段区域和锥段区域,壁面磨损率最大值分别增大了9.2倍、9.1倍和9.2倍,但各部位壁面磨损的趋势基本不变;随着颗粒粒径的增大,在水力旋流器进口环形区域处,壁面磨损率增大,但磨损率峰值所在的方位角却随固体颗粒粒径的增大由105°降低到30°;在柱段区域,壁面磨损率随颗粒粒径的增大而增大,但壁面磨损趋势基本不变;在锥段区域,从整体上看,壁面磨损分布趋势不变,但在下锥段区域,壁面磨损率随颗粒粒径增大而降低,磨损率峰值降低了32%。利用搭建的一套水力旋流器壁面磨损实验装置进行磨损实验,采用ABS材料制作水流旋流器各部位模型嵌套至水力旋流器内,利用失重法得到各部位壁面磨损率,进而与数值模拟的结果作比较,同时结合ABS模型的形貌分析,可得到随着水力旋流器底流口直径增加,各部位壁面磨损率都有所降低,其中顶板处受到影响最小,降幅仅有6.8%;锥段区域受到影响最大,壁面磨损率降幅都在20%以上,其中底流口区域壁面磨损率降幅达到29.1%。其他区域包括进口环形空间壁面磨损率降幅为18.8%,柱段区域壁面磨损率降幅为20.3%。这与数值模拟所得的严重区域相符,且变化规律也相同,但由于在数值模拟计算中,求的是各部位壁面上点磨损率,而在实验中是采用失重法求的平均磨损率,因此实验值会小于模拟值。分析了水力旋流器壁面磨损的产生机制并提出了抗磨措施。水力旋流器壁面磨损失效主要是由固体颗粒与其壁面间的相互作用造成的,在前文分析研究的基础上对其顶板、筒体、锥段及底流口附近区域提出相应的抗磨措施,包括在保证水力旋流器分选效果的前提下,降低进口速度、增大底流口直径、改变入口形式等措施。论文有图54幅,表8个,参考文献101篇。