进料加速器是卧式螺旋离心机的一个关键部件,主要功能是将进料管中的物料输送至离心机转鼓内。但某厂在使用LW350卧式螺旋离心机处理铜矿浆物料时,由于固体颗粒的撞击造成了加速器内壁严重磨损,导致结构失效。为此,本文针对加速器内流体运动状态及流动特性进行了研究,分析加速器的磨损原因,并提出了加速器优化设计方案。设计并搭建了加速器高频图像实验系统,主要包含加速器实验主机、高频时序同步系统、流场荧光示踪系统。实验主机进行了透光性设计;设计的高频时序同步系统由两个可编程逻辑控制器和一个的同步器组成,能够实现50ns以内的同步偏差;为了克服传统PIV片激光在旋转设备上的局限性,开发了一套旋转设备专用PIV系统,并合成了专用荧光颗粒为示踪粒子,可实现定量研究加速器内流场特性。采用加速器高频图像实验系统,研究了不同操作条件下加速器内流体轨迹和速度矢量的变化规律。结果显示流体有两种流出方式:径直流出和被加速流出,径直流出占比会随着流量升高或者转速降低而降低。被加速流出流体的转向角度会随着转速的增高而变大,随着流量的升高而变小。当转速从990 r/min升至2310r/min时,转向角度从52.66°升高到85.35°,当流量从9m~3/h升高到18 m~3/h时,转向角度从75.18°降低到45.34°。根据流场特性分析,被加速流出的流体对加速器造成的剧烈碰撞,是磨损的主要原因,碰撞主要发生在内凹形外侧区域,而内侧区域和外凸形区域不但对加速无增益,反而会阻挡流体的径向流出。通过对磨损原因进行分析,确定了采用流动过程加速的方式优化加速器,并以质点旋转射出的自由运动方程作为流道的型线驱动,设计优化加速器结构。为了评价优化的加速器结构的磨损改善性能,基于VOF和旋转域建立了加速器多相流数值模型并进行了数值模拟计算。结果表明,优化加速器的加速面积相比原结构大幅提高,磨损因数大于700的面积下降了51.7%,效率相比原加速器仅仅下降12.1%。该优化结构可代替原加速器,在磨损环境恶劣的操作工况下,显著提高整机寿命。