气力输送是散体物料清洁高效输送的重要途径,然而弯管磨损制约着煤炭气力输送工业化应用,其中弯管形状结构是影响磨损的重要因素之一,基于此提出一种具有弧形堵头结构的新型弯管。首先,在DN50的管道系统中进行7~11mm煤炭颗粒气力输送试验,气流速度为20m/s,供气压力保持0.4MPa,弧形堵头圆弧角分别为10°、20°、30°和40°,无量纲高度分别为0.4、0.6、0.8、1.0,利用共焦三维形貌仪测量管壁磨损分布及最大磨损深度;其次,通过欧拉–拉格朗日双边耦合的计算流体力学与离散元(Computational Fluid Dynamics–Discrete Element Method,CFD–DEM)方法建立数值模型,通过对最大磨损深度的仿真模拟与试验测量校验数值模型的科学性;最后,从磨损分布、磨损峰值、碰撞能量损失等方面研究了弧形堵头对弯管磨损的弱化特性,推演了弧形堵头弱化磨损的最优结构参数判据。结果表明:圆弧角是弧形堵头弱化弯管磨损的主要影响因素,当圆弧角不足20°时堵头无法包含全部磨损中心辐射区域,而当圆弧角超过40°时堵头底面难以被颗粒完全覆盖,上述2种条件下弧形堵头对弯管磨损的弱化作用均受限;盲通弯管磨损峰值及其增长率均低于普通弯管,当圆弧角为30°且无量纲高度为0.8时,磨损中心被分散至侧壁上的多个位置而避免了集中冲击,磨损峰值仅为普通弯管的25.1%;任意圆弧角的碰撞能量损失关于无量纲高度的变化曲线均包含1个提升段与2个平缓段,2个临界点依次代表颗粒开始覆盖堵头底面以及形成稳定堆积的高度。研究成果有利于解决长期存在的弯管磨损顽疾,为煤炭气力输送工业化应用提供理论依据,同时可推广至其他矿物颗粒输送领域。
