立式螺旋搅拌磨机粉磨过程数值模拟研究

发布时间：2017-09-02 17:39

  本文关键词：立式螺旋搅拌磨机粉磨过程数值模拟研究

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【摘要】：本文结合国家863计划项目“大型露天矿采矿技术与装备”(No.2012AA062002),对立式螺旋搅拌磨机研磨机理及粉磨过程进行了研究。分析了立式螺旋搅拌磨机的工作原理,研究了磨矿性能指标和工艺参数,推导出功率计算公式;分别利用离散元和流体力学方法建立模型对粉磨过程进行了数值模拟研究,最后利用离散元与有限元耦合的方法研究了搅拌器在工作中的应力应变,分析并优化了其结构。论文通过查阅国内外文献,介绍了立式螺旋搅拌磨机的研究背景和意义,综述了国内外应用和研究现状。分析并总结了国内外搅拌磨机的破碎理论、研究方法和研究结果,分析了粉磨机理并对三种主要破碎方式进行理论分析。研究了介质应力强度、颗粒碰撞次数等磨矿性能指标。讨论了结构及特征参数对磨矿效果的影响,推导出磨机的功率。利用离散元方法,建立了立式螺旋搅拌磨机仿真模型,分析了启动力矩和功率,研究了介质球在磨机内部运动轨迹、速度分布和碰撞能量谱,提取了搅拌器压力分布、能量损耗和磨损云图,得到了有效研磨区域。针对磨机转速、搅拌器导程和颗粒尺寸分布分别研究其对粉磨效果的影响,最后提出综合磨矿指标,利用正交试验分析各因素对磨矿效果的影响,得到了在特定权重系数下的最优磨矿组合。利用流体力学的方法提出单相牛顿流体假设并建立仿真模型,在湍流流场下对磨机进行了分析。分析了流体的流动情况、速度等值线,研究了湍流强度和湍动能,得到的有效研磨区域与离散元的结果一致,说明了两种研究方法的可行性。针对磨机转速、搅拌器导程和流体粘度三个变量,分别研究各个因素对破碎效果的影响,发现转速和粘度对流体运动影响较大。基于EDEM-Workbench耦合方法对工作中的搅拌器进行受力分析,研究得出搅拌器在工作中由于一端支撑导致上端应力较大、下端应变较大,容易产生偏摆现象,影响磨机的稳定运行和效率,提出了增大搅拌轴上端直径的方法,结果验证能够改善搅拌器偏摆现象,对提高磨机的综合性能具有重要意义。本文通过对立式螺旋搅拌磨机粉磨过程分别进行离散元和流体力学仿真分析,阐述了研磨机理,得到了工艺参数对磨矿效果的影响,基于离散元与有限元耦合对关键部件搅拌器进行结构改进,提高了磨机的综合性能,为立式螺旋搅拌磨机的结构设计和性能研究提供了参考。
【关键词】：立式螺旋搅拌磨机 研磨机理 离散元 流体力学 有限元
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD453
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 主要符号说明10-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 立式螺旋搅拌磨机发展历史及应用现状14-18
• 1.2.1 立式螺旋搅拌磨机发展历史14-15
• 1.2.2 立式螺旋搅拌磨机国内外应用现状15-18
• 1.3 立式螺旋搅拌磨机国内外研究现状18-21
• 1.3.1 结构组成及特点18
• 1.3.2 国外研究现状18-20
• 1.3.3 国内研究现状20-21
• 1.4 文章主要研究内容21-23
• 第2章 立式螺旋搅拌磨机粉磨机理及关键参数分析23-37
• 2.1 工作原理分析23-24
• 2.2 立式螺旋搅拌磨机粉磨机理分析24-29
• 2.2.1 三大粉碎理论24-26
• 2.2.2 介质应力强度26-28
• 2.2.3 颗粒碰撞次数28-29
• 2.2.4 粉碎能29
• 2.2.5 研磨介质和设备磨损29
• 2.3 结构及特征参数分析29-32
• 2.3.1 螺旋直径29-30
• 2.3.2 螺旋导程与升角30
• 2.3.3 磨机转速30-31
• 2.3.4 介质球属性和尺寸31-32
• 2.3.5 滞留时间32
• 2.4 功率分析32-36
• 2.4.1 功率计算研究现状32-33
• 2.4.2 功率推导33-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 基于EDEM塔磨机粉磨过程数值模拟研究37-59
• 3.1 离散元仿真模型建立37-38
• 3.1.1 三维模型建立37-38
• 3.1.2 物理属性设置和工作参数选取38
• 3.2 粉磨过程仿真分析38-47
• 3.2.1 颗粒路径分析38-40
• 3.2.2 颗粒速度分析40-42
• 3.2.3 启动功率分析42-43
• 3.2.4 碰撞能量谱43-44
• 3.2.5 压力分布分析44-45
• 3.2.6 能量吸收及磨损45-47
• 3.3 不同参数对粉磨过程影响仿真分析47-54
• 3.3.1 磨机转速对磨矿性能影响研究47-50
• 3.3.2 颗粒尺寸分布对磨矿性能影响研究50-52
• 3.3.3 搅拌器导程对磨矿性能影响研究52-54
• 3.4 不同工况下磨矿性能正交试验分析54-58
• 3.4.1 试验指标54
• 3.4.2 试验因素及水平54-55
• 3.4.3 试验方案的设计和试验结果55-56
• 3.4.4 试验设计结果分析56-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第4章 立式螺旋搅拌磨机流场数值模拟研究59-77
• 4.1 流场数值模型建立59
• 4.2 流体流动状态确定59-60
• 4.3 物理模型求解方法和参数设置60-61
• 4.4 立式螺旋搅拌磨机内部流场分析61-67
• 4.4.1 流体运动分析61-64
• 4.4.2 粘性耗散率、剪切率64-67
• 4.5 立式螺旋搅拌磨机结构和运动参数分析67-76
• 4.5.1 转速分析67-70
• 4.5.2 导程分析70-73
• 4.5.3 粘度分析73-76
• 4.6 本章小结76-77
• 第5章 基于EDEM-Workbench耦合螺旋搅拌器结构优化77-83
• 5.1 EDEM-Workbench耦合介绍77
• 5.2 EDEM-Workbench耦合建模过程77-79
• 5.3 加载和建立约束79-81
• 5.4 分析求解81-82
• 5.4.1 应力分析81
• 5.4.2 应变分析81-82
• 5.5 结构优化82
• 5.6 本章小结82-83
• 第6章 结论与展望83-85
• 6.1 总结83
• 6.2 创新点83-84
• 6.3 展望84-85
• 参考文献85-91
• 作者简介及科研成果91-93
• 致谢93

【参考文献】

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本文编号：779975