旋流分离器是利用离心力对密度不同的混合液进行分离的分离设备,由于无运动部件,具有结构简单等许多优点,在众多工业部门获得了广泛的应用,滴灌首部系统中使用旋流分离器对泥沙进行初步分离,效果显著。在实际运行过程中逐渐显现出一些问题,其中旋流分离器壁面的磨损,已成为严重制约其应用与发展的首要问题。本文针对旋流分离器壁面存在的严重磨损问题,采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,研究旋流分离器壁面的磨损情况,探讨旋流分离器壁面磨损的机理。首先,介绍材料表面产生冲蚀磨损的过程及影响因素,建立壁面磨损预测模型,计算固液两相流对旋流分离器壁面的磨损程度。得知:旋流分离器壁面的磨损为局部磨损,壁面磨损严重的区域有:(1)旋流分离器入口正对壁面处;(2)旋流分离器分离锥段壁面;(3)旋流分离器锥体末端与底流管结合处。圆柱段壁面的磨损呈“扇形”分布,具有连续性;圆锥段的磨损具有随机性;锥段底部与底流管结合处的磨损出现突变,磨损值出现明显峰值。其次,运用流固耦合研究方法对流场与壁面的作用进行单相耦合分析。结果表明:旋流分离器内流场的不断变化导致其内壁出现微小的位移变化,同时底流管处出现微小的应变及应力集中,量变导致质变,使旋流分离器的内壁材料出现性能的改变,从而降低了旋流分离器壁面的耐磨度。再次,研究结构参数、操作参数及物性参数对壁面磨损的影响。研究表明:(1)入口面积主要影响的是入口处壁面的磨损,入口面积越小,壁面受到的磨损增加;(2)旋流分离器采用阿基米德螺旋线入口形式,能够有效地增大颗粒回转半径,减少颗粒对壁面的冲击作用;(3)壁面最大磨损率与速度的2.52次方成正比例相关;(4)磨损位置与颗粒粒径有直接关系,不同粒径对旋流分离器造成的最大磨损位置有所不同;(5)颗粒体积分数会影响旋流分离器磨损量的变化。为进一步完善和改进设计、优化结构尺寸以提高设备工艺性能奠定基础。最后,整体阐述旋流分离器壁面产生磨损的机理,提出抗磨损措施。旋流分离器的抗磨损可以从以下几个方面进行:(1)优化旋流分离器结构,如采用适当的入口形式等;(2)改进制造加工工艺,特别是焊接质量的提高对抗磨损能力的提升有很大帮助;(3)合理使用旋流分离器,如定期清洗旋流分离器,同时注意入口流速的控制。