高压隔膜泵单向阀阀隙流场的冲蚀磨损特性分析

作     者：陈虹潮 马军 熊新 李祥 CHEN Hongchao;MA Jun;XIONG Xin;LI Xiang

作者机构：昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明650500 昆明理工大学云南省人工智能重点实验室昆明650500 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2024年第53卷第3期

页      面：123-131页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0804[工学-仪器科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(62163020,62173168) 云南省基础研究计划(202202AD080005,202101BE070001-055) 

主　　题：单向阀 冲蚀磨损 阀隙流场 固液两相流 数值模拟 

摘      要：目的探究高压隔膜泵单向阀阀隙流场冲蚀磨损产生的原因及主要影响因素。方法基于固液两相流基本理论和冲蚀模型,考虑颗粒保护效应及磨蚀效应,采用计算流体力学(CFD)方法模拟单向阀阀隙流场的冲蚀磨损行为,探究矿粉颗粒体积分数、颗粒粒径、单向阀半锥角、胶垫突出高度等参数对单向阀冲蚀磨损特性的影响。结果矿粉颗粒紧贴阀芯壁面的剪切运动是造成阀芯发生冲蚀磨损失效的主要原因。当矿粉的体积分数由0.1增大到0.5时,由冲蚀造成的最大冲蚀磨损速率随之减小,由磨蚀造成的平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径为0.025~0.048 mm时,随着矿粉粒径的增大,平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径超过0.048 mm时,平均冲蚀磨损速率逐渐减小。当单向阀半锥角由30°增大到45°时,阀隙流场的最大流速由12.23 m/s减小至9.19 m/s,矿粉颗粒对阀芯壁面的最大冲蚀磨损速率减小了41.16%。阀隙流场的最大流速和冲蚀磨损速率随着胶垫突出高度h的增大而增大,同时位置也发生了相应变化。结论矿粉颗粒体积分数的增加会加重粒子对阀芯壁面的损伤程度,随着粒径的增加,泵阀的最大冲蚀磨损速率先增大后减小,增大半锥角可以缓解颗粒对壁面的冲蚀磨损,增大胶垫突出高度会导致冲蚀磨损区域逐渐向胶垫突出位置集中。