一种90°矩形耐磨弯头及弯头的耐磨处理方法_2

文档序号:9724883阅读:来源:国知局
Ph-m为划分高摩擦力区和中摩擦力区的摩擦力阈值,Pa; P为高摩擦力区或中摩擦力区中任 意点处的摩擦力,Pa; γι为高噪音区厚度常数系数,0.2< γι<3;ΙΝΤ是将一个数值向下取 整为最接近的整数的函数。
[0037]进一步的,所述步骤7中,根据式6确定中摩擦力区粘贴高络耐磨合金的厚度:
[0039]式中,Hm为中摩擦力区高铬耐磨合金的厚度,mmj为S型管道弯管壁厚,mm;Ph-Λ 划分高摩擦力区和中摩擦力区的摩擦力阈值,Pa; Pm-I为划分中摩擦力区和低摩擦力区的摩 擦力阈值,Pa; P为高摩擦力区或中摩擦力区中任意点处的摩擦力,Pa; γ 2为中噪音区厚度 常数系数,0.2 < γ 2 < 3; INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
[0040] 本发明具有如下优点:
[0041] (1)通过求解两相流动偏微分方程组的方法,能够准确定位90°矩形弯头板面的摩 擦力大小分布,有的放矢地进行耐磨处理,能够有效的增加风管弯抵抗物料的磨削。
[0042] (2)对下底板以及内弧面分别划分高摩擦力区、中摩擦力区和低摩擦力区,选择不 同的耐磨材料在高摩擦力区和中摩擦力区进行耐磨处理,能够有针对性且准确地处理到每 一个需要处理的部位,提高了耐磨效果。
[0043] (3)对高摩擦力区和中摩擦力区的耐磨材料的黏贴厚度进行精准设计,而且同一 摩擦力区域可以选择不同黏贴厚度,合适的厚度能够提高耐磨效果。
【附图说明】
[0044]图1为现有90°矩形弯管示意图;
[0045]图2为内弧面消耐处理示意图;
[0046]图3为下底板耐磨处理示意图;
[0047]图4为现有90°矩形弯头内摩擦力场示意图;
[0048]图5为内弧面高摩擦力,中摩擦力和低摩擦力区图;
[0049] 图6为下底板高摩擦力,中摩擦力和低摩擦力区图;
[0050] 图中各标号含义:1-入口;2_外弧面;3_上顶板;4_下底板;5_出口;6_法兰;7_内弧 面;8-内弧面高摩擦力区域;9-内弧面中摩擦力区;10-内弧面低摩擦力区;11 -下顶板低摩 擦力区;12-下顶板中摩擦力区;13-下顶板高摩擦力区。
【具体实施方式】
[0051] 如图1所示,本发明的耐磨工业通风弯管的主体采用常见的90°矩形弯头,常见的 90°矩形弯头包括上顶板3、下底板4、外弧面2和内弧面7;上顶板3、下底板4、外弧面2和内弧 面7作为四个面合围得到一个1/4圆的弧形管。上顶板3与下底板4相同。
[0052]为了有效减轻弯头磨损,对常见的90°矩形弯头的下底板4和内弧面7分别进行耐 磨损处理。由于外弧面2和上顶板3所受摩擦力很低,本发明中不对外弧面2和上顶板3进行 耐磨损处理。耐磨损处理具体如下:
[0053]下底板4和内弧面7都被划分为高摩擦力区、中摩擦力区和低摩擦力区。具体是:下 底板4分为高摩擦力区13、中摩擦力区12和低摩擦力区11;内弧面7被分为高摩擦力区8、中 摩擦力区9和低摩擦力区10。由于低摩擦力区的摩擦力值很低,故不做耐磨损处理。仅对高 摩擦力区、中摩擦力区进行耐磨损处理。
[0054]可选的,在高摩擦力区的位于弯头内的表面上采用氧化铝陶瓷片,氧化铝陶瓷片 的厚度:
[0056]可选的,在中摩擦力区的位于弯头内的表面上采用高铬耐磨合金,高铬耐磨合金 的厚度:
[0058]本发明还给出了 90°矩形弯头的耐磨处理方法,包括以下步骤:
[0059] 步骤1:对于常见的90°矩形弯头,求解空气和尘粒混合流动的两相流的连续性方 程和N-S动量方程偏微分方程组,确定90°矩形弯头稳态湍流速度场U(x,y,z)和速度梯度 Gard[U(x,y,z) ] 〇
[0060] 可选的,上述连续性方程、N-S动量方程偏微分方程组的求解采用基于Pressure based求解的RNG k-ε端流模型并结合simple算法进行。
[0061] 步骤2:根据步骤1得到的90°矩形弯头稳态湍流速度场U(x,y,z),代入式1所示的 尘粒的组分体积分数方程,对式1进行一阶迎风格式离散化,并利用高斯-赛德尔迭代对式I 进行求解,得到第二相即尘粒的体积浓度αΡ (X,y,Z)。
)
[0063] 式中,Pp为尘粒密度,m3/kg; t为时间,s; Vdr, P为滑移速度,m/s; m为质量流量,kg/s。
[0064] 步骤3:根据步骤1求解得到的速度梯度Gard [U(x,y,z)]和步骤2求解得到的尘粒 的体积浓度aP(x,y,z),利用式2分别计算内弧面和下底板的摩擦力P(Pa),得到内弧面和下 底板各自的摩擦力范围;
[0065] P= [αρρρ+( l-ap)pa] (uc〇i+ukin+ufr)Grad(U) (式 2)
[0066] 式中:αρ( χ,y,z)为第二相的组分体积分数;pa为空气密度,m3/kg; Ucxjl为碰撞运动 粘性系数,m2/s; Ukin为动能运动粘性系数,m2/s; Ufr为摩擦运动粘性系数m2/s。
[0067]可选的,碰撞运动粘性系数Wcil的求解采用Gidaspow模型;动能运动粘性系数Ukin 的求解采用Shalala模型;摩擦运动粘性系数Ufr采用Schaeffer表达式进行求解。
[0068]步骤4:根据步骤3得到的内弧面和下底板的摩擦力范围,分别利用式3得到各个板 面的划分高摩擦力区和中摩擦力区的摩擦力阈值Ph-m,Pa;同时利用式4得到内弧面和下底 板的划分中摩擦力区和低摩擦力区的摩擦力阈值P m-i,Pa。将Ph-m在板面上对应的曲线作为 板面的高摩擦力区和中摩擦力区分界线,即高摩擦力区包络曲线;将IVi在板面上对应的曲 线作为板面的中摩擦力区和低摩擦力区分界线,即中摩擦力区包络曲线;
[0071]式中,Pmax-h、Pmin-i分别为板面的最大摩擦力值和最小摩擦力值,Pa;a、0为区域划 分常数,β/α越大,划分的高摩擦力区范围越大,低摩擦力区范围越小,需要耐磨处理的区域 范围就越大,弯头耐磨效果越好,但是耐磨材料的增加产生的管道阻力会增大,费用也会相 应增加。经过试验验证,选取〇.5<以1,1< M 2能够有效降低管道阻力,实现较佳的耐磨 效果;板面是指下底板4或内弧面7。
[0072]步骤5:将步骤4得到的每个板面上中低摩擦力区包络曲线、高中摩擦力区包络曲 线上取足够多(不少于200个)离散点,并获取这些离散点的坐标值;采用Levenberg-Marquardt算法对中低摩擦力区包络曲线、高中摩擦力区包络曲线上的离散点的坐标值进 行拟合,得到原始拟合曲线方程,然后用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行处理,得 到中低摩擦力区包络曲线、高中摩擦力区包络曲线对应的拟合曲线方程。
[0073]从包络曲线上的点的坐标值可以看出,包络曲线上数值变化幅度不确定,参数量 较多,采用优化计算领域中常用的各类迭代法时,参数初始值设定繁琐且计算难以收敛,无 法求得正确结果,发明人进行了大量试验验证,发现采用Levenberg-Marquardt+通用全局 优化算法,能够从任一随机初始值开始都能求得正确结果,进而能够得出各包络曲线对应 的高精度、低残差的拟合曲线方程。
[0074]步骤6:将步
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