旋风分离器作为典型的气固分离设备,广泛应用于工业生产领域。当处理高硬度、高腐蚀性颗粒时会对设备壁面造成磨损,除导致设备使用寿命显著缩短外,还会引起关键部位尺寸改变,最终影响分离性能;严重磨损引起壁面穿孔还将导致非计划停车,产生巨大的安全隐患和经济损失。因此,开展旋风分离器磨损机理及局部磨损对其性能影响规律的研究具有十分重要的工程应用价值。本文以Stairmand型旋风分离器为研究对象,基于欧拉-拉格朗日方法,采用雷诺应力模型、颗粒离散相模型、E/CRC磨损方程对分离器内气固两相流及磨损特性进行了数值模拟。结果表明,旋风分离器内存在入口正对壁面、顶灰环造成的上顶盖、分离空间螺旋磨损槽、锥体末端等局部磨损区域。其中入口正对壁面的局部磨损最为严重。随入口流速的增大、颗粒浓度的升高,旋风分离器壁面磨损范围及壁面磨损率均显著增加,但主要磨损部位仍然为入口正对壁面。细颗粒跟随性好,运动轨迹随机性强,造成壁面磨损区域较为分散;粗颗粒运动轨迹较规则易形成高速旋转的颗粒带,对壁面造成的螺旋状磨损更明显。局部磨损造成壁面几何结构的改变,导致气流方向发生偏转,其向心速度分量促进了短路流的形成。随局部磨损的加剧,排气管下口以下区域流体流量减少,外涡切向速度降低,颗粒所受离心力减小;细颗粒的逃逸现象更加明显,粗颗粒运动轨迹趋于重合,更易形成高浓度灰环,增大颗粒短路、加剧壁面磨损。与未磨损时相比,入口流速14 m/s、局部磨损厚度15mm时,Stairmand型旋风分离器对2μm颗粒的分离效率由82.81%降低至62.61%,分割粒径d50由1.41μm增大至1.81μm;压降由394.40Pa降低至296.45Pa。局部磨损穿孔使得壁面几何结构不再封闭,导致气流发生泄漏,其离心速度分量削弱了外旋流及二次涡流的形成。随局部磨损孔径的增大,分离器内流体流量骤减,切向速度大幅降低,极大的减小了颗粒所受离心力;大量颗粒发生跑冒,细颗粒从排气管逃逸数量减少,粗颗粒运动轨迹愈发分散,加剧了颗粒间的碰撞。与无磨损穿孔相比,入口流速14m/s、局部磨损孔径15mm时,Stairmand型旋风分离器对5μm颗粒的分离效率由100%降低至61.99%,分割粒径d50由1.62μm增大至2.69μm;压降由394.40Pa降低至114.07Pa。研究结果为旋风分离器结构优化、减磨设计及工业装置的安全稳定运行提供了理论指导。