Численное (CFD) моделирование абразивного износа при регулировании расхода в аспирационных системах

Abstract

В статье исследована закономерность и выполнена количественная оценка влияния дисперсности кварцевой пыли на интенсивность абразивного износа регулятора расхода воздуха. Исследование проведено с применением методов вычислительной гидродинамики (CFD). На основе детализированной трёхмерной геометрической модели решена система уравнений Навье–Стокса, замкнутая стандартной моделью турбулентности k–ε, с дискретным отслеживанием траекторий дисперсной фазы (кварцевая пыль, плотность 2700 кг/м³) эквивалентными диаметрами 10, 50 и 100 мкм. Проведён комплексный сравнительный анализ с традиционным шиберным регулятором. Установлено, что минимальный износ достигается при полностью открытом положении клапана. Выявлено, что мелкие частицы (10 мкм), следуя за потоком, проникают в уплотнительные зазоры, вызывая прогрессирующий износ запорного элемента и потерю герметичности. Крупные фракции (100 мкм) вследствие высокой инерции интенсивно истирают стенки корпуса и входного патрубка, минуя клапан. Работа в частично закрытом режиме кратно ускоряет эрозионное повреждение рабочих поверхностей. Выявлено, что исследуемая конструкция при скорости воздушного потока, в два раза превышающей таковую у шибера, демонстрирует существенно меньшую интенсивность износа, что обосновывает её эффективность для длительной эксплуатации в запылённых средах.