不同回转装置内颗粒系统运动规律和混合的研究

发布时间：2020-08-06 20:10

【摘要】：颗粒物质在日常生活和工业生产中都很常见,尤其是在工业应用中。不同回转装置内颗粒系统的运动规律和混合效率在生活和工业中具有重要地位,因此,研究不同回转装置内颗粒系统的运动规律和混合效率对现实有重要的指导意义。本文研究了在不同回转装置内单组元和多组元颗粒系统的运动规律和混合效率,主要分析了粒径配比、填充率、转速、偏心距和筒型的影响强弱顺序和影响显著性,主要结果如下:在圆形非偏心回转装置内以单组元颗粒系统为研究对象的实验中,填充率、转速和粒径配比对涡心都有影响。随填充率的增加,涡心的位置不断靠近滚筒的中心,填充率大于50%时,涡心的位置停留在滚筒的中心不在移动;无论哪种粒径,动态休止角随转速递增;随着粒径增大,填充率降低,涡心会逐渐移动到下滑面,进而涡心逐渐消失。此外,在低转速圆形滚筒中,填充率对多组元颗粒系统的动态休止角影响较小,转速对动态休止角的影响较大。填充率较小时,涡心位置随转速的变化幅度较大,涡心位置较分散,随着填充率的增加,涡心的分布范围越来越小。滚筒中颗粒系统的上扬高度随转速的增大而增大,在填充率在50%左右时,上扬高度受转速影响较大,而在颗粒下滑面远离滚筒中心时,上扬高度受转速影响较小。在影响多组元颗粒系统在偏心回转装置内混合程度的实验中分析了偏心距、转速、填充率和粒径配比在三个阶段对颗粒混合程度的影响,结果表明,在颗粒混合前期,转速和填充率为主要因素,偏心距、粒径分布和其他因素为次要因素;在颗粒混合中间阶段,粒径分布因素和转速因素为主要影响因素,偏心距和填充率因素对颗粒混合较弱;在颗粒混合稳定阶段,粒径分布为主要因素,转速因素为次要因素。在椭圆回转装置内颗粒系统的研究中,不同位置的动态休止角与颗粒系统所受合力有关,椭圆筒的长轴与重力方向垂直时,动态休止角最小;长轴与重力和摩擦力的合力方向平行时,动态休止角最大;填充率对混合的影响非常显著,筒型的影响一般显著,转速几乎没影响,填充率越小,椭圆形滚筒的长短轴比值越大,混合越好。
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ051.71
【图文】：

混合器,形式,挡板

研究其对不同粘性颗粒系统的影响，结果发现，挡板明显的提高了高粘性颗系统的径向混合，且挡板长度是滚筒半径 1/2 时，颗粒系统的混合效率最高；而与高粘颗粒相比，低粘性颗粒需要更短的挡板长度才能达到最高混合效率。Shi[48]分别通过实和数值模拟研究了颗粒密度、颗粒尺寸对颗粒系统分离现象的影响，表明：相比于在筒内壁安装抄板，在滚筒中心位置处设置内构件更能有效地破坏颗粒的自由表面流，消弱析作用，从而提高颗粒系统的整体混合程度。Yu[49]为了克服传统滚筒内颗粒系统在轴的不良混合，提出在滚筒内壁交替布置挡板的优化方法，发现这种交替布置的挡板比传方式的挡板对颗粒系统轴向的增混作用更大，并且选择适当挡板尺寸和数量可以获得最的混合效率。胡银玉[50]利用先进的无干扰流场测试手段，对比分析了斜叶桨搅拌反应器的液相在中心和三种不同偏心率下的搅拌混合程度，发现偏心搅拌比中心搅拌更能达到合均匀。Gui[51]研究了颗粒在波纹形内壁回转装置内的混合过程，发现颗粒在波纹筒壁回转装置内发生周期性的振荡运动，这种振荡运动提高了颗粒的混合，且在低转速下的合效果优于高转速下。李少华[52]和闫明[53]又分别对比分析了圆形、椭圆形和方形内壁回装置内颗粒的混合过程，如图 1-1，结果表明混合器形状差异对二元颗粒的混合稳定性很大影响。

示意图,实验台,实物

料是透明玻璃，实验物料为不锈钢球，硬度 HRC≤28，粒径分为 1mm、2mm、3mm、和 5mm。图 2-2 为实验台实物图。混合器的正前方架有分辨率为 640*480 像素的高速机来捕捉颗粒的运动。高速摄像机与电脑相连接，拍摄时增加曝光时间至 0.15s。实验为了增加颗粒与背景的反差，使得拍摄效果更容易辨别颗粒，用自动喷漆装置将混合部喷成反差颜色。1234561—实验台；2—调速仪；3—电机；4—回转装置；5—图像采集设备；6—电脑图 2-1 实验设备示意图

示意图,动态休止角,涡心,示意图

a) 理论模型 b) 示意图图 3-1 涡心和动态休止角示意图回转装置中的运动大致分为两个区域：平流层和活动层，如图 3中混合的过程中，平流层内处于滚筒转动中心的颗粒，相对于滚筒相对静止，极大程度的影响颗粒的混合效率，因此，将此区域低转速混合时，活动层上表面与水平面的夹角称为“动态休止角的转筒规律研究中，颗粒在滚筒中混合度的实验研究中，为了确得到高清晰度的实验照片，而本实验从多组元颗粒在转筒的 β 和验用数码相机记录，选用较慢的快门速度跟踪颗粒的运动轨迹（地确定涡心位置，下滑线的角度和扬角。由于 Fr 较低时，颗粒流流动，会出现间歇坍塌，并且在 Fr 过高时颗粒的自由表面会呈 S 况确定后，以保持颗粒的自由表面呈线性为前提测量 β。涡心位适的实验图片，下滑线的上扬高度以滚筒内切圆的笛卡尔坐标系单组元颗粒系统在圆形滚筒中涡心位置和 β 的变化规律，本实验研究。根据已知的研究规律可知，影响涡心位置变化和 β 变化的

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