一種u型管道彎頭的耐磨處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)通風(fēng)領(lǐng)域，具體涉及一種U型管道彎頭的耐磨處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在氣力、栗送漿體等磨蝕性物料的輸送過(guò)程中，由于輸送介質(zhì)普遍具有硬度高、流 速快、流量大等特點(diǎn)，并且在輸送過(guò)程中長(zhǎng)期持續(xù)對(duì)管壁產(chǎn)生沖擊、磨損、腐蝕等作用，使管 道產(chǎn)生疲勞致使?jié)u漸被磨穿。特別是當(dāng)耐磨管道內(nèi)輸送磨削性較大的物料(如灰渣、煤粉、 礦精粉、尾礦、水泥等)時(shí)，都存在一個(gè)耐磨管道磨損快的問(wèn)題，特別是管道的彎頭這樣的局 部阻力構(gòu)件處，物料與周?chē)鼙诘呐鲎哺觿×遥禽斉湎到y(tǒng)中受磨削最嚴(yán)重的部位。
[0003] 彎頭是工業(yè)通風(fēng)輸配系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。為了防止管道磨損過(guò)快，最常 用的方式是澆鑄、粘貼、點(diǎn)焊等方式在管道內(nèi)壁貼附耐磨材料。但并非所有部位都會(huì)受到很 大的摩擦力，只有管道中速度梯度較大處才會(huì)受到嚴(yán)重的摩擦，而傳統(tǒng)的貼附管道內(nèi)壁的 方法不僅導(dǎo)致管道內(nèi)阻力變得很大，耗能增大，且需要較大型號(hào)的送風(fēng)風(fēng)機(jī)設(shè)備。同時(shí)，現(xiàn) 有的具有集中通風(fēng)空調(diào)的建筑內(nèi)風(fēng)管面積都很大，如果使用傳統(tǒng)的耐磨處理方法則需要使 用大量的耐磨損材料，費(fèi)用不菲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種U型管道彎頭的耐磨處理方法，在不同摩擦剪切力的部 位采用不同的耐磨材料，有效地抵抗氣力輸送過(guò)程中物料對(duì)管道的磨削，使得管道不同部 位根據(jù)磨削的程度進(jìn)行耐磨強(qiáng)化，同時(shí)節(jié)省昂貴材料，降低彎頭的造價(jià)。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種U型管道彎頭的耐磨處理方法，具體按照以下步 驟進(jìn)行：
[0006] 步驟1、選定一個(gè)U型管道彎頭并確定該U型管道彎頭的穩(wěn)態(tài)湍流速度場(chǎng)U(x，y，z) 和速度梯度Gard[U(x，y，z)];
[0007] 步驟2、根據(jù)步驟1確定得到的U型管道彎頭穩(wěn)態(tài)湍流速度場(chǎng)U(x，y，z)求解得到第 二相即塵粒的體積濃度aP(x，y，z);
[0008] 步驟3、根據(jù)步驟1確定得到的U型管道彎頭速度梯度Gard[U(X，y，z)]和步驟2求解 得到的第二相即塵粒的體積濃度a P(x，y，z)計(jì)算得到U型管道彎頭的板面的摩擦力范圍；
[0009] 步驟4、根據(jù)步驟3計(jì)算得到的板面的摩擦力范圍，獲取板面的高摩擦力區(qū)和中摩 擦力區(qū)分界線(xiàn)，即高、中摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)，以及板面的中摩擦力區(qū)和低摩擦力區(qū)分界線(xiàn)， 即中、低摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)；
[0010]步驟5、根據(jù)步驟4得到的板面上的中、低摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)及高、中摩擦力區(qū)包絡(luò) 曲線(xiàn)，獲取中、低摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的擬合曲線(xiàn)方程及高、中摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的 擬合曲線(xiàn)方程；
[0011]步驟6、將步驟5得到的板面上的中、低摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的擬合曲線(xiàn)方程作 為該板面上中、低摩擦力區(qū)的分界線(xiàn)，并將高、中摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的擬合曲線(xiàn)方程作 為該板面上高、中摩擦力區(qū)的分界線(xiàn)，即得到該板面的高摩擦力區(qū)、中摩擦力區(qū)和低摩擦力 區(qū)；
[0012] 步驟7、在步驟6得到的板面的高摩擦力區(qū)采用高分子氧化鋁陶瓷片，在中摩擦力 區(qū)采用高鉻耐磨合金，即完成該U型管道彎頭的耐磨處理。
[0013] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：
[0014] 步驟1是通過(guò)求解空氣和塵?；旌狭鲃?dòng)的兩相流的連續(xù)性方程和N-S動(dòng)量方程偏 微分方程組，以確定U型管道彎頭穩(wěn)態(tài)湍流速度場(chǎng)U(X，y，z)和速度梯度Gard[U(X，y，z)]。 [0015] 所述的連續(xù)性方程、N-S動(dòng)量方程偏微分方程組的求解采用基于Pressure based 求解的RNG k-ε端流模型并結(jié)合s imp 1 e算法進(jìn)行。
[0016] 步驟2具體如下:根據(jù)步驟1確定得到的U型管道彎頭穩(wěn)態(tài)湍流速度場(chǎng)U(x，y，z)，代 入公式1所示的塵粒的組分體積分?jǐn)?shù)方程中，對(duì)公式1進(jìn)行一階迎風(fēng)格式離散化，并利用高 斯-賽德?tīng)柕鷮?duì)公式1進(jìn)行求解，得到第二相即塵粒的體積濃度a P(x，y，z);
[0017]
(公式 1)
[0018] 其中，Pp為塵粒密度，單位為m3/kg; t為時(shí)間，單位為s; Vdr,p為滑移速度，單位為m/ s ;m為質(zhì)量流量，單位為kg/s。
[0019] 步驟3具體如下:根據(jù)步驟1確定得到的U型管道彎頭速度梯度Gard[U(X，y，z)]和 步驟2求解得到的a P(X，y，z)，利用公式2計(jì)算U型管道彎頭板面的摩擦力P(Pa)，得到板面的 摩擦力范圍；
[0020] Ρ= [αρρρ+( l-ap)pa] (uc〇i+ukin+ufr)Grad(U)(公式 2)
[0021] 其中，ap(x，y，z)為第二相的組分體積分?jǐn)?shù);pa為空氣密度，單位為ηι 3/1^;υ。^為碰 撞運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，單位為m2/s; ukin為動(dòng)能運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，單位為m2/s; ufr為摩擦運(yùn)動(dòng)粘性系 數(shù)，單位為m2/s。
[0022]所述的碰撞運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)1^。!采用Gidaspow模型進(jìn)行求解;所述的動(dòng)能運(yùn)動(dòng)粘性 系數(shù)Ukin采用Shalala模型進(jìn)行求解;所述的摩擦運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)ufr采用Schaeffer表達(dá)式進(jìn) 行求解。
[0023]步驟4具體如下:根據(jù)步驟3得到的板面的摩擦力范圍，利用公式3計(jì)算得到板面的 劃分高摩擦力區(qū)和中摩擦力區(qū)的摩擦力閾值Ph-m，單位為Pa;同時(shí)利用公式4計(jì)算得到板面 的劃分中摩擦力區(qū)和低摩擦力區(qū)的摩擦力閾值Pm-l，單位為Pa ;將Ph-m在板面上對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn) 作為高摩擦力區(qū)和中摩擦力區(qū)分界線(xiàn)，即高、中摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn);將Pm-ι在板面上對(duì)應(yīng)的 曲線(xiàn)作為中摩擦力區(qū)和低摩擦力區(qū)分界線(xiàn)，即中、低摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)；
[0024] (公式 3)
[0025] (公式 4)
[0026] 其中，Pmax-h、Pmin-i分別為板面的最大摩擦力值和最小摩擦力值，單位為Pa;a』為 區(qū)域劃分常數(shù)，〇.5<α< 1，1 <β<2。
[0027] 步驟5具體如下:在步驟4得到的板面上的中、低摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)及高、中摩擦力 區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)上取不少于200個(gè)離散點(diǎn)，并獲取這些離散點(diǎn)的坐標(biāo)值;對(duì)中、低摩擦力區(qū)包絡(luò) 曲線(xiàn)及高、中摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)上的離散點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行擬合，得到原始擬合曲線(xiàn)方程，然 后對(duì)原始擬合曲線(xiàn)方程進(jìn)行處理，得到中、低摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的擬合曲線(xiàn)方程及高、 中摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的擬合曲線(xiàn)方程。
[0028]對(duì)所述中、低摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)及高、中摩擦力區(qū)包絡(luò)曲線(xiàn)上的離散點(diǎn)的坐標(biāo)值 進(jìn)行擬合是采用Levenberg-Marquardt算法，對(duì)原始擬合曲線(xiàn)方程進(jìn)行處理是采用通用全 局優(yōu)化法。
[0029]步驟7中在高摩擦力區(qū)粘貼高分子氧化鋁陶瓷片的厚度根據(jù)公式5確定，中摩擦力 區(qū)粘貼高鉻耐磨合金的厚度根據(jù)公式6確定；由公式5、公式6可知，同一摩擦力區(qū)內(nèi)的耐磨 材料厚度隨著摩擦力P大小而不同，因此，在同一摩擦力區(qū)內(nèi)的不同摩擦區(qū)段計(jì)算得到的耐 磨材料厚度為一個(gè)或多個(gè)：
[0030] (公式 5)
[0031] (公式 6)
[0032]其中，Hh為高摩擦力區(qū)高分子氧化鋁陶瓷片的厚度，單位為中摩擦力區(qū)高 絡(luò)耐磨合金的厚度，單位為mm; δ為U型管道彎頭壁厚，單位為mm; Pmax-h為板面的最大摩擦力 值，單位為Pa; Ph-m為劃分高摩擦力區(qū)和中摩擦力區(qū)的摩擦力閾值，單位為Pa; Pm-i為劃分中 摩擦力區(qū)和低摩擦力區(qū)的摩擦力閾值，單位為Pa;P為高摩擦力區(qū)或中摩擦力區(qū)中任意點(diǎn)處 的摩擦力，單位為Pa; γ?、γ2分別為高摩擦力區(qū)、中摩擦力區(qū)的厚度常數(shù)系數(shù)，因?yàn)槿粘ＴO(shè) 計(jì)中要求耐磨材料厚度為S~3δ，所以0.2S γ2&l