水下切粒机切粒室流场模拟及结构优化分析

发布时间：2017-06-16 02:06

  本文关键词：水下切粒机切粒室流场模拟及结构优化分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：造粒设备在石油化工行业里是必不可少的加工设备,而水下切粒机是挤出造粒加工设备中的新型设备,具有生产效率高,颗粒产品质量好等优点。随着石化加工行业的快速发展,水下切粒机也越来越大型化,以此来进一步提高产量。而目前水下切粒机还存在理论研究不足、机理不清而产生的结构设计不合理或操作参数设置不当等问题,导致运行中出现了各种问题而无法解决,甚至机组连锁停车,带来巨大的经济损失。本文开展水下切粒机水室流动特性、粒子运动轨迹以及切刀在水室中受力的研究,构建了切粒水室的三维非等温流场模型,对水下切粒机常见的切粒堆积、缠刀以及切刀磨损严重或断裂等问题的原因进行流体动力学探讨。模拟软件选用了FLUENT,湍流模型采用了Realizable k-ε模型,混合模型采用了DPM模型(离散相模型)。本文的主要研究内容及结论如下：(1)切粒水室入水口处会形成射流,为探究不同射流位置对流场和切粒轨迹的影响,设计了三种不同的入水口。通过数值模拟分析发现优化径向入口的设计能够使切粒排出效率更高,也不容易发生粒子滞留。(2)对比切粒排出情况和流场的各种数据,发现切粒水室内大漩涡不利于切粒的排出；外高内低的切向速度,会使切粒水室外围压力高,内部压力小,导致切粒受到朝向切粒水室中心的压力梯度力,也不利于切粒的排出；另外,高的湍流强度,有利于切粒的分散,对切粒的排出有利。因此,在做切粒水室结构设计时,可以考虑如何防止大漩涡的出现,并且通过湍流打乱外高内低的切向速度分布。(3)通过对切粒水室出水口的流场分析发现出水口角度的变化对切粒排出效率影响并不大。(4)采用未开孔刀盘结构的切粒水室流场模拟中发现,刀盘和模板中间区域会形成低压区,部分切粒会在压力梯度及涡流的作用下向这部分区域汇集,出现无法排出的情况。采用三种刀盘开孔结构,水流可以直接通过刀盘上的开孔冲入切粒水室低压区,在一定程度上打乱原本的涡流,利于水和粒子的输送排出。(5)进行了切刀在流场中受力情况的研究,得到了切刀切粒过程中受到流场作用的切向力和切粒产生的切向力,并计算了扭矩。(6)得到了转速、切刀数量与轴向力的关系式。为进刀压力的修正提供了重要的理论依据。
【关键词】：水下切粒 数值模拟 流场分析 轴向力 DPM
【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】：TE65;TQ051.93
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 符号说明13-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 水下切粒技术概述14
• 1.2 水下切粒技术的发展14-19
• 1.2.1 聚合物造粒机的总体情况14-15
• 1.2.2 聚合物造粒机分类15-19
• 1.3 水下切粒机的研究现状19-21
• 1.3.1 切粒水室的研究19
• 1.3.2 切刀的研究现状19-20
• 1.3.3 模板的研究现状20-21
• 1.4 本文研究的意义和目的21
• 1.5 本文研究内容和研究方案21-23
• 1.5.1 研究内容21-22
• 1.5.2 研究方案22-23
• 第二章 计算流体力学基本理论23-32
• 2.1 计算流体力学简介23-24
• 2.2 计算流体力学控制方程24-25
• 2.2.1 连续性方程24
• 2.2.2 能量方程24-25
• 2.2.3 动量守恒方程(N-S方程)25
• 2.3 计算流体力学湍流模型25-28
• 2.4 计算流体力学控制方程的离散28-31
• 2.5 小结31-32
• 第三章 切粒水室关键部位结构特点32-43
• 3.1 切粒水室整体结构介绍32-33
• 3.2 入水口结构33-36
• 3.3 出水口结构36-38
• 3.4 刀盘开孔结构38-42
• 3.5 小结42-43
• 第四章 切粒水室流场的数值模拟研究43-69
• 4.1 建立模型43-47
• 4.1.1 原型介绍43-45
• 4.1.2 模型简化45-46
• 4.1.3 模型介绍46-47
• 4.2 网格划分与边界条件47-49
• 4.2.1 网格化分47-48
• 4.2.2 边界条件48-49
• 4.3 弗劳德相似准则验证49-51
• 4.4 不同入水口结构的研究51-56
• 4.4.1 入水口结构对切粒排出的影响51-53
• 4.4.2 入水口结构对流场的影响53-56
• 4.5 不同出水口结构的研究56-61
• 4.5.1 出水口结构对切粒水室流场的影响56-58
• 4.5.2 出水口结构对切粒排出的影响58-60
• 4.5.3 出水口结构对比分析60-61
• 4.6 刀盘开孔流场分析61-65
• 4.7 切粒在流场中的温度变化65-67
• 4.8 小结67-69
• 第五章 切刀在流场中的受力研究69-79
• 5.1 切向力分析69-73
• 5.1.1 水流作用产生的切向力及扭矩69-72
• 5.1.2 切粒过程产生的切向力及扭矩72-73
• 5.2 轴向力分析73-78
• 5.2.1 切刀上的轴向力分析73-75
• 5.2.2 刀盘上的轴向力分析75-77
• 5.2.3 刀盘开孔受到的轴向力分析77-78
• 5.2.4 轴向力总结78
• 5.3 小结78-79
• 第六章 总结79-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 附件87-88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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2 张欣玮;汤积仁;卢义玉;周哲;章文峰;陈钰婷;;淹没条件下水射流涡旋特性大涡模拟及实验研究[J];中国石油大学学报(自然科学版);2015年03期

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8 刘忠辉;张国跃;;影响水下切粒机切割刀使用寿命的原因分析及对策[J];化工机械;2012年06期

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本文编号：454083