涡流空气分级机流场分析及结构优化

发布时间：2017-03-28 17:08

  本文关键词：涡流空气分级机流场分析及结构优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：粉体制备领域中,通过对原料进行分级,获得窄粒级的微细粉体,是机械法进行粉体制备的关键环节。近年来,涡流空气分级机以其结构简单、可靠,操作参数可调等优点成为主流的动态空气分级机。随着粉体需求不断增加,粉体分级技术成颗粒超细化、窄粒级化趋势,这对分级机分级性能提出了更高的要求。本文通过理论分析与数值模拟对涡流空气分级机内流场进行分析,优化涡流空气分级机核心部件,以改善分级机内流场分布特性,提高涡流空气分级机分级性能,丰富涡流空气分级机设计理论。主要内容包括：分析FLUENT软件在涡流空气分级机流场及颗粒轨迹模拟中的应用,结合涡流空气分级机特点及计算模型属性制定模拟方案。主要包括将涡流空气分级机结构简化为3个区域,采用Hex/Wedge网格类型及Cooper划分方法划分网格,并对转笼所在区域进行网格加密；对比分析后确定连续相流场计算模型为RNGk-ε模型,标准函数进行近壁处理；通过计算颗粒体积加载率和质量加载率,确定颗粒轨迹计算方法为DPM离散相模型中的非耦合计算。对转笼流道内流场特性及转笼入口速度进行分析,理论推导了转笼流道内相对速度分布公式,并得出叶片形状与相对速度梯度的关系;结合模拟结果与入口速度三角形得出气流在转笼入口相对速度角。据此设计了一种进行面为凹面、入口叶片安装角与入口相对速度角相等的径向圆弧叶片转笼。最后通过数值模拟与物料实验对改进效果进行了验证。模拟结果表明：改进后的径向圆弧叶片转笼流道内速度梯度明显减小,气流反旋消失；转笼入口气流及颗粒与叶片的冲击减小,分级粒径减小。实验结果表明：设计工况下,径向圆弧叶片转笼结构在不降低分级精度情况下,分级粒径减小了11.5%。通过理论分析推导出计算转笼入口、出口安装角的方法,结合叶片弯曲方向确定了一种非径向圆弧叶片转笼设计方法。并且通过数值模拟和物料实验对该方法设计的转笼改进效果进行了验证。模拟结果表明：与传统直叶片转笼相比,非径向圆弧叶片转笼叶片间速度分布均匀,无气流反旋；气流流线与叶片型线基本重合,转笼入口气流及颗粒与叶片冲击减小。物料实验表明：不同工况下非径向圆弧叶片转笼较直叶片转笼,在获得相同分级粒径时,分级精度提高10.6%-40.8%,细粉产率提高12.5%-40.1%。对蜗壳内流体进行分析,推导出蜗壳内气流迹线公式,据此设计了与气流迹线重合的对数螺旋线型蜗壳。新设计的蜗壳对气流有良好的导流效果,气流由导风叶片入口圆周均匀流入,壳体内同一圆周不同位置处速度相近,尤其环形区径向速度和切向速度分布更加均匀。离散结果表明,对数螺旋线型蜗壳结构下,同一粒径的颗粒从环形区同一圆周不同位置处释放时,进入粗粉或细粉的情况相同,分级粒径分布均匀,有利于分级精度的提高。
【关键词】：涡流空气分级机 FLUENT 流场特性 转笼叶片 蜗壳 分级性能
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.3;TH122
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• abstract6-15
• 符号说明15-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 研究背景16-20
• 1.1.1 粉体概述及其应用16
• 1.1.2 分级技术16-17
• 1.1.3 动态空气分级机发展历程17-20
• 1.2 涡流空气分级机概况20-24
• 1.2.1 涡流空气分级机分级原理及特性20-22
• 1.2.2 分级性能及其影响因素22-24
• 1.3 国内外涡流空气分级机研究现状24-26
• 1.4 研究目的及内容26-28
• 1.4.1 研究目的和意义26-27
• 1.4.2 主要研究内容27-28
• 第二章 FLUENT在涡流空气分级机中的应用28-38
• 2.1 FLUENT软件概述28
• 2.2 FLUENT软件在涡流空气分级机模拟中的应用28-36
• 2.2.1 模拟技术路线28-29
• 2.2.2 涡流空气分级机网格模型建立29-31
• 2.2.3 连续相流场求解31-34
• 2.2.4 边界条件及求解参数的设定34-35
• 2.2.5 离散相模拟设置35-36
• 2.3 本章小节36-38
• 第三章 涡流空气分级机径向圆弧叶片转笼设计38-52
• 3.1 径向圆弧叶片转笼设计38-42
• 3.1.1 转笼内流体微团力学分析及叶片弯向的确定38-39
• 3.1.2 转笼入口速度分析及安装角确定39-41
• 3.1.3 径向圆弧叶片转笼结构41-42
• 3.2 模拟结果对比与分析42-46
• 3.2.1 连续相模拟结果42-44
• 3.2.2 离散相模拟结果44-46
• 3.3 物料实验46-50
• 3.3.1 实验系统及操作过程46-49
• 3.3.2 实验结果分析49-50
• 3.4 本章小节50-52
• 第四章 涡流空气分级机非径向圆弧叶片转笼设计52-64
• 4.1 非径向圆弧转笼叶片设计52-55
• 4.1.1 转笼叶片入口安装角计算52-54
• 4.1.2 转笼叶片出口安装角计算及叶型绘制54-55
• 4.2 模拟结果对比与分析55-59
• 4.2.1 连续相模拟结果55-58
• 4.2.2 离散相模拟结果58-59
• 4.3 物料实验59-62
• 4.4 本章小节62-64
• 第五章 涡流空气分级机蜗壳设计64-74
• 5.1 蜗壳理论设计64-68
• 5.1.1 蜗壳型线公式推导64-66
• 5.1.2 蜗壳型线计算66-68
• 5.2 蜗壳改进数值模拟68-73
• 5.2.1 连续相模拟分析68-72
• 5.2.2 离散相模拟结果72-73
• 5.3 本章小节73-74
• 第六章 结论与展望74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 研究成果及发表的学术论文82-84
• 作者和导师简介84-86
• 附件86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：272672