近年来,煤化工行业获得了快速发展,锁渣球阀作为煤液化过程中输送废料的主要阀门存在着严重的失效问题。锁渣球阀在工作时,从关闭到打开一般为3s～8s,而这—过程每30min一次,在频繁的开关下,阀门的阀芯会受到煤渣颗粒的冲刷,阀门进出口压差受开度的影响,介质流体极易发生空化,锁渣球阀阀芯在冲蚀和气蚀的作用下,极易引发阀门失效,因此通过研究严苛工况下锁渣球阀内多相流冲蚀—气蚀仿真结果,这会给阀门结构优化以及寿命预测提供理论依据。本文以煤化工严苛工况下锁渣球阀开启时受多相流冲蚀—气蚀失效为研究对象,经查阅相关资料发现阀门开度在20%～50%时,阀门会在部分位置发生失效的可能性会大一些,为研究锁渣球阀开启过程中的不同位置失效的可能性,因此选择阀门瞬时开度为20%、30%、40%和50%的锁渣球阀,并建立瞬态数值模拟仿真模型。研究的主要内容包括:(1)锁渣球阀内多相流冲蚀和气蚀做仿真分析。根据阀门失效机理分别对阀门建立冲蚀仿真模型和气蚀仿真模型,利用上述模型分别研究了阀门在瞬时开度下速度场、压力场、冲蚀率分布以及气相体积百分比分布图。通过冲蚀率和气相体积分数百分比来预测阀门失效位置以及不同位置失效的严重程度。为验证结论的可靠性,分别对冲蚀和气蚀模型的结论从不同角度进行了理论验证,并且在此基础上依据冲蚀率建立了寿命预测模型。(2)锁渣球阀内多相流气蚀—冲蚀复合磨损仿真分析。为此对不同阀门开度下气蚀和冲蚀同时存在的情况进行了数值仿真,并且将结果与只有冲蚀现象和只有气蚀现象进行了对比,从而找出冲蚀和气蚀之间的影响关系。(3)阀门冲蚀因素敏感性分析。锁渣球阀的工况条件和介质条件是影响阀门冲蚀的主要原因,包括入口温度、入口压强和煤颗粒的直径。上述条件会影响到介质的流量系数、阻力系数和流体速度。为研究它们对阀芯冲蚀最为详细的影响,对以上条件进行参数化分析,采用DOE实验设计,并且在Fluent中进行求解获得温度、压强和颗粒直接对冲蚀率的影响,这对优化阀门结构以及提高阀门寿命具有重要意义。研究发现阀芯处入口与出口为发生冲蚀可能性较大的区域,出口同时也为发生气蚀可能性较大的位置;并且当冲蚀—气蚀同时作用时会相互影响相互促进;通过对影响冲蚀参数的研究,获得了随着颗粒直径与入口温度的增加,颗粒直径、入口温度与阀门最大冲蚀率呈正相关关系。