粉粒料背压式喂料装置的机理研究

发布时间：2017-08-09 05:27

  本文关键词：粉粒料背压式喂料装置的机理研究

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【摘要】：随着现代工业日新月异的发展,粉粒料包装在工业生产中逐渐崭露头角并日趋成熟。传统粉粒料包装行业存在粉尘污染、操作环境恶劣、生产效率较低等诸多弊端。在当今环境保护、工业自动化与智能化的国际形势下,传统粉粒料包装形式已不能满足新型包装工业的需求。随着粉粒料包装范围的愈加广泛,研发新型喂料装置已变得刻不容缓。近年来,国际上出现一种新型粉粒料包装方式—背压式喂料装置,其背压喂料系统具有无机械易损件、包装效率高等优点,成为粉粒料包装技术的首选。背压式喂料装置的机理涉及多学科理论,本文在粉粒料流动性测试和背压极限值计算基础上,基于FLUENT数值模拟方法,研究背压式喂料装置的工作机理。根据Jenike流动函数法,研究了三种粒径的砂、P.C 32.5水泥粉体和9组配合比干混砂浆的流动性能。试验表明,砂的流动性随粒径的增大而变好。随配合比由1:9至9:1,9组干混砂浆流动函数的斜率逐渐增大,流动函数FF(Flow Function)值呈非线性逐渐下降趋势,流动性能逐渐变差。M5、M10商用工业砂浆的流动性测试及壁面摩擦试验,为背压极限值计算及结构优化提供了物料性能参数。以Janssen理论和Rankine应力状态为理论基础,在分析稳态流动时动态应力分布的基础上,探讨背压极限值。分析物料性能对背压极限值的影响,研究表明背压极限值随内摩擦角的增大而增加。针对M5工业砂浆物料对象,得出背压装置的上背压仓背压值介于1.703k Pa~10.530k Pa,下背压仓背压值介于0.462k Pa~14.401k Pa,为背压喂料系统的数值模拟提供了背压值参数。在背压式喂料系统的数值模拟中,以M5工业砂浆为例,采用欧拉多相流模型,基于FLUENT软件模拟了不同背压值和不同料位高度的物料流体场。模拟结果表明,背压值为7k Pa~12k Pa时,出口平均速度随背压值增加而显著增大;背压值为12k Pa时,该装置达到最佳喂料性能。在不同料位高度的数值模拟中,当背压值12k Pa,模拟结果得出,最佳料位高度为0.80m,背压装置的生产能力可达98.8t/h。利用Jenike料仓设计方法,合理优化了影响背压喂料装置的参数:料仓半顶角、背压面积。结果说明,背压装置优化后锥形仓料斗半顶角为15°、背压仓面积为0.08m2。FLUENT数值模拟验证显示,当背压值12k Pa时,优化后该装置的生产能力为106.668t/h,较之前增幅8.25%。课题的创新点在于:在粉粒料流动性能测试中,采用Jenike流动函数法表征了典型粉粒料的流动性参数,奠定了课题研究的试验基础;在背压极限值的探讨中,分析了稳态流动时的动态应力分布,提高了计算精度,更符合实际应用。
【关键词】：粉粒料 流动性能 背压极限值 数值模拟 结构优化
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB486
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 符号说明6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 前言11
• 1.2 课题背景与意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-21
• 1.3.1 粉体分类及物料性能12-14
• 1.3.2 粉粒料流动性能测试及评价14-17
• 1.3.3 包装机喂料装置及工作原理17-19
• 1.3.4 粉体料仓应力研究19-21
• 1.3.5 粉体流动数学模型及数值模拟21
• 1.4 研究内容21-22
• 1.5 本章小结22-23
• 第二章 粉粒料流动性能测试及评价23-36
• 2.1 材料与方法23-27
• 2.1.1 材料及其处理23-25
• 2.1.2 设备与仪器25
• 2.1.3 Jenike剪切试验25-27
• 2.2 不同粒径砂的流动性研究27-28
• 2.2.1 直剪试验结果处理27
• 2.2.2 不同粒径砂的流动性评价27-28
• 2.3 水泥粉体的流动性研究28-30
• 2.3.1 水泥粉体直剪试验29
• 2.3.2 水泥粉体流动性评价29-30
• 2.4 干混砂浆流动性研究30-32
• 2.4.1 数据处理结果30
• 2.4.2 干混砂浆流动性评价30-32
• 2.5 工业砂浆流动性研究32-33
• 2.6 壁面摩擦试验33-35
• 2.6.1 壁面摩擦试验步骤33-34
• 2.6.2 试验结果34-35
• 2.7 本章小结35-36
• 第三章背压式喂料装置及背压极限值36-49
• 3.1 背压式喂料装置36-39
• 3.1.1 背压式喂料装置结构36-37
• 3.1.2 背压式喂料装置工艺流程37-38
• 3.1.3 喂料机理的力学特性分析38-39
• 3.2 背压式喂料装置应力分析39-44
• 3.2.1 过渡仓应力分析40-41
• 3.2.2 锥体应力分析41-42
• 3.2.3 转换应力分析42-44
• 3.3 背压极限值计算44-46
• 3.3.1 背压式喂料装置应力分布44-46
• 3.3.2 背压极限值结果46
• 3.4 物料性能对背压极限值的影响46-48
• 3.4.1 典型粉粒料的背压极限值47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 基于FLUENT的背压式喂料系统数值模拟49-70
• 4.1 数值模拟的必要性49-50
• 4.2 FLUENT软件及其应用50-55
• 4.2.1 FLUENT控制方程50-52
• 4.2.2 FLUENT求解方法与过程52
• 4.2.3 FLUENT数值模拟的影响因素52-54
• 4.2.4 FLUENT数值模拟结果的收敛判定54-55
• 4.3 不同背压值的数值模拟55-67
• 4.3.1 数值模拟前处理55-56
• 4.3.2 数值模拟求解56-59
• 4.3.3 数值模拟结果59-64
• 4.3.4 模拟结果分析64-66
• 4.3.5 实际生产能力分析66-67
• 4.4 不同料位高度的数值模拟67-69
• 4.4.1 不同料位高度的确定67
• 4.4.2 数值模拟求解67-68
• 4.4.3 结果与分析68-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 粉粒料背压式喂料装置结构优化70-77
• 5.1 基于Jenike理论的料仓设计70-72
• 5.1.1 物料流动基本流型70-71
• 5.1.2 Jenike流动-不流动准则71
• 5.1.3 料仓结构参数设计71-72
• 5.2 背压式喂料装置结构优化72-73
• 5.2.1 料斗半顶角72-73
• 5.2.2 背压面积73
• 5.3 结构优化的数值模拟验证73-76
• 5.3.1 不同料斗半顶角的数值模拟73-74
• 5.3.2 不同背压面积的数值模拟74-75
• 5.3.3 FLUENT数值模拟验证75-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 主要结论与展望77-79
• 6.1 主要结论77-78
• 6.2 创新点78
• 6.3 不足与展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83
• 附录A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文83-84
• 附录B 第二章试验数据84-87

【参考文献】

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本文编号：643748