热固性建筑塑料破碎气固耦合场数值模拟与试验研究
发布时间：2021-02-25 12:28
热固性建筑塑料产品具有耐热、耐水、耐腐蚀等优良特性,近年来在建筑行业应用广泛,但随之而来报废的废旧塑料制品也越来越多,不但污染环境,也会造成资源浪费,严重威胁着国家生态文明建设和环境可持续发展。目前,由于热固性建筑塑料内部网状结构紧密,二次回收困难,主要采用直接掩埋、焚烧利用方法处理,导致再资源化率比较低。因此,探索新的再生利用方法,高效再利用废旧热固性塑料,助力技术创新和经济发展具有重要的意义。本文以热固性与热塑性塑料粉末混合再生为前提,以硬质聚氨酯泡沫保温板为研究对象,选用自主设计的一体式无尘破碎机作为粉碎工具,采用机械物理回收法,通过优化破碎工艺参数,结合热固性建筑塑料回收以及离散元参数标定校准方法,设计一种基于Hertz-Mindlin（with Bonding）理论的破碎模型,开展DEM-CFD气固耦合场的数值模拟优化工作,最终通过试验验证与化学仪器表征,探究优化后回收料的降解效果。主要研究工作如下:（1）设计聚氨酯破碎模型。针对颗粒间接触参数,采用基于多目标遗传算法（genetic algorithm,GA）优化BP神经网络的参数寻优过程;为得到颗粒间粘接参数,结合物料的临...
【文章来源】：安徽建筑大学安徽省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
工业上回收热固性塑料流程
安徽建筑大学硕士论文第一章绪论6压强度为参考值，通过单轴压缩及巴西圆盘试验参与标定。（3）导入已设计的破碎模型坐标信息，基于欧拉-拉格朗日耦合计算方法，开展DEM-CFD气固耦合场模拟，分析不同刀齿结构、转速对于破碎性能的影响，结合破碎料实际实验与化学仪器表征手段，分析DEM-CFD模拟优化后的工作参数对实际破碎的影响。图1-2研究技术路线1.4.3论文结构本文的具体组织结构如下：第一章阐述本文课题的研究意义及背景，介绍当前国内外热固性建筑塑料回收和引用离散单元法对真实颗粒物质标定工作的研究现状，最后在总结前人基础上，阐明本文主要研究方向。第二章主要介绍热固性建筑塑料的破碎模型原理及破碎机理研究。在破碎模型设计方面，以Hertz-Mindlin（withBonding）理论解释颗粒间物性参数；在物料破碎机理分析中，引入格里菲斯(Griffith)强度理论，针对本研究在破碎腔内的剪切挤压破碎，引用威斯特嘎德（Westergaard）应力函数理论，分析Ⅱ、Ⅲ型断裂裂纹作用形式。第三章针对废弃热固性建筑塑料（聚氨酯）粉末，考虑到其在实际场景中会受到多种力学作用，以动/静态条件为基础，设计多种测量DEM颗粒堆的休止角试验装置，采集300组批量化标定试验数据，引入Matlab图像处理技术，以最小二乘法线性拟合边界点，获得颗粒堆休止角，同时开发一种GA-BP预测模型，使用K-Means聚类算法进行DEM参数优化求解，得到几组颗粒间接触参数。
安徽建筑大学硕士论文第二章热固性建筑塑料的破碎模型理论与力学分析9填充分布，然后粘接在一起形成一个易碎体。这些结合在一起的颗粒被称为分数颗粒，所创建的簇被定义为元颗粒，颗粒的粒度可以是单粒度或者是粒度分布。通过使用相对较宽的尺寸以及结合首选的双峰式分布生成后，元颗粒内的填充密度有所增加[38]，这是由于堆积物料无法完全达到固有体积密度，因此在物料质量守恒方面存在一定的问题，所以尽可能地提高充填密度是十分重要的。此外，当结合颗粒簇分裂成更小的碎片时，随着颗粒簇的分裂，体积密度也会发生一定的变化。当颗粒发生接触时，颗粒间将会产生粘接键。这意味着，当一个大颗粒周围分布许多小颗粒时，它就会有多个粘接键以星型附着在上面。由图2-2（a）中可以看出，在颗粒间接触初期，相互作用时产生重叠，得到合力tF8&；紧接着得到预设定的粘接半径时，颗粒间相互作用时出现粘接键，产生合力t,bFü以及法向力矩nbM和剪切力矩sbM（图2-2b中）。图2-2颗粒成键示意图：(a)Hertz-Mindlin接触模型；(b)Bonding接触模型图2-3不同加载模式情况下力-位移示意图而研究颗粒成键过程[39]，分析其不同阶段是十分必要，如图2-3所示，在不同加载模式(张力、剪切和压缩)中，粘结刚度和强度之间存在一定关系，第二象限的直线对应法向变形nU与法向力n,bF的关系。当颗粒被拉开时，粘结剂受到拉力，当颗粒被压在一起时，则受到压缩力；第一象限的直线对应于缠绕变形sU与切向力t,bF之间的关系，线条的轮廓与成键梁的刚度相对应。其中颗粒间成键主tinUiFintiini,bFnbMsbMbL2bR(a)(b)
【参考文献】：
期刊论文
[1]最优对称拉丁超立方体的构造[J]. 王晓迪. 系统科学与数学. 2020(02)
[2]壁面约束对旋流流场影响的实验研究[J]. 王博涵,姜磊,胡宏斌. 燃气轮机技术. 2019(04)
[3]振动慢剪破碎机模态分析[J]. 姜志宏,赵小涛,刘民民,杨琴. 机械设计与研究. 2019(05)
[4]废旧热固性保温塑料再生材料的制备与性能[J]. 何平,梅加化,范益伟,朱达荣,汪日光,杨薇薇. 塑料. 2018(06)
[5]多相湍流燃烧数值模拟的网格无关性分析[J]. 安恩科,张瑞,韩益帆,刘栋. 锅炉技术. 2018(06)
[6]基于FLUENT-EDEM耦合的离心选矿机搅拌器仿真分析[J]. 戴聪聪,龙小建,罗小燕,姚子茂. 矿业研究与开发. 2018(07)
[7]基于离散元的玉米种子颗粒模型种间接触参数标定[J]. 王云霞,梁志杰,张东兴,崔涛,史嵩,李克鸿,杨丽. 农业工程学报. 2016(22)
[8]颗粒滚动摩擦系数对堆积特性的影响[J]. 韩燕龙,贾富国,唐玉荣,刘扬,张强. 物理学报. 2014(17)
[9]稻谷颗粒物料堆积角模拟预测方法[J]. 贾富国,韩燕龙,刘扬,曹银平,史宇菲,姚丽娜,王会. 农业工程学报. 2014(11)
[10]基于机械物理法的废旧热固性塑料再生方法与试验[J]. 何平,吴仲伟,马玉平,陈从升,李辉,潘绍波. 塑料工业. 2013(11)
硕士论文
[1]基于CFD技术的规则波中船舶参数激励横摇数值模拟研究[D]. 葛文澎.哈尔滨工程大学 2017
[2]废弃热固性酚醛树脂的回收利用工艺[D]. 许月圆.湖北大学 2016
[3]基于特征约束的六面体网格生成算法[D]. 庞宇.南京师范大学 2015
[4]大型旋回破碎机腔型设计及优化[D]. 李永胜.吉林大学 2014
[5]基于机械物理法的废旧热固性塑料再生工艺及实验研究[D]. 石磊.合肥工业大学 2013
[6]基于确定性冲击技术的立轴破碎机转子设计[D]. 陈现新.济南大学 2012
[7]热固性塑料剪切粉碎流场分析与粉碎效果研究[D]. 赵建.合肥工业大学 2012
[8]基于高精度守恒重映的任意拉格朗日欧拉方法研究[D]. 赵小杰.南京航空航天大学 2011
[9]煤粉干燥管内气固两相流动的数值模拟与实验研究[D]. 于连丽.辽宁工程技术大学 2009
[10]废弃热固塑料资源化利用技术研究[D]. 程果锋.东华大学 2009
本文编号：3050967
【文章来源】：安徽建筑大学安徽省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
工业上回收热固性塑料流程
安徽建筑大学硕士论文第一章绪论6压强度为参考值，通过单轴压缩及巴西圆盘试验参与标定。（3）导入已设计的破碎模型坐标信息，基于欧拉-拉格朗日耦合计算方法，开展DEM-CFD气固耦合场模拟，分析不同刀齿结构、转速对于破碎性能的影响，结合破碎料实际实验与化学仪器表征手段，分析DEM-CFD模拟优化后的工作参数对实际破碎的影响。图1-2研究技术路线1.4.3论文结构本文的具体组织结构如下：第一章阐述本文课题的研究意义及背景，介绍当前国内外热固性建筑塑料回收和引用离散单元法对真实颗粒物质标定工作的研究现状，最后在总结前人基础上，阐明本文主要研究方向。第二章主要介绍热固性建筑塑料的破碎模型原理及破碎机理研究。在破碎模型设计方面，以Hertz-Mindlin（withBonding）理论解释颗粒间物性参数；在物料破碎机理分析中，引入格里菲斯(Griffith)强度理论，针对本研究在破碎腔内的剪切挤压破碎，引用威斯特嘎德（Westergaard）应力函数理论，分析Ⅱ、Ⅲ型断裂裂纹作用形式。第三章针对废弃热固性建筑塑料（聚氨酯）粉末，考虑到其在实际场景中会受到多种力学作用，以动/静态条件为基础，设计多种测量DEM颗粒堆的休止角试验装置，采集300组批量化标定试验数据，引入Matlab图像处理技术，以最小二乘法线性拟合边界点，获得颗粒堆休止角，同时开发一种GA-BP预测模型，使用K-Means聚类算法进行DEM参数优化求解，得到几组颗粒间接触参数。
安徽建筑大学硕士论文第二章热固性建筑塑料的破碎模型理论与力学分析9填充分布，然后粘接在一起形成一个易碎体。这些结合在一起的颗粒被称为分数颗粒，所创建的簇被定义为元颗粒，颗粒的粒度可以是单粒度或者是粒度分布。通过使用相对较宽的尺寸以及结合首选的双峰式分布生成后，元颗粒内的填充密度有所增加[38]，这是由于堆积物料无法完全达到固有体积密度，因此在物料质量守恒方面存在一定的问题，所以尽可能地提高充填密度是十分重要的。此外，当结合颗粒簇分裂成更小的碎片时，随着颗粒簇的分裂，体积密度也会发生一定的变化。当颗粒发生接触时，颗粒间将会产生粘接键。这意味着，当一个大颗粒周围分布许多小颗粒时，它就会有多个粘接键以星型附着在上面。由图2-2（a）中可以看出，在颗粒间接触初期，相互作用时产生重叠，得到合力tF8&；紧接着得到预设定的粘接半径时，颗粒间相互作用时出现粘接键，产生合力t,bFü以及法向力矩nbM和剪切力矩sbM（图2-2b中）。图2-2颗粒成键示意图：(a)Hertz-Mindlin接触模型；(b)Bonding接触模型图2-3不同加载模式情况下力-位移示意图而研究颗粒成键过程[39]，分析其不同阶段是十分必要，如图2-3所示，在不同加载模式(张力、剪切和压缩)中，粘结刚度和强度之间存在一定关系，第二象限的直线对应法向变形nU与法向力n,bF的关系。当颗粒被拉开时，粘结剂受到拉力，当颗粒被压在一起时，则受到压缩力；第一象限的直线对应于缠绕变形sU与切向力t,bF之间的关系，线条的轮廓与成键梁的刚度相对应。其中颗粒间成键主tinUiFintiini,bFnbMsbMbL2bR(a)(b)
【参考文献】：
期刊论文
[1]最优对称拉丁超立方体的构造[J]. 王晓迪. 系统科学与数学. 2020(02)
[2]壁面约束对旋流流场影响的实验研究[J]. 王博涵,姜磊,胡宏斌. 燃气轮机技术. 2019(04)
[3]振动慢剪破碎机模态分析[J]. 姜志宏,赵小涛,刘民民,杨琴. 机械设计与研究. 2019(05)
[4]废旧热固性保温塑料再生材料的制备与性能[J]. 何平,梅加化,范益伟,朱达荣,汪日光,杨薇薇. 塑料. 2018(06)
[5]多相湍流燃烧数值模拟的网格无关性分析[J]. 安恩科,张瑞,韩益帆,刘栋. 锅炉技术. 2018(06)
[6]基于FLUENT-EDEM耦合的离心选矿机搅拌器仿真分析[J]. 戴聪聪,龙小建,罗小燕,姚子茂. 矿业研究与开发. 2018(07)
[7]基于离散元的玉米种子颗粒模型种间接触参数标定[J]. 王云霞,梁志杰,张东兴,崔涛,史嵩,李克鸿,杨丽. 农业工程学报. 2016(22)
[8]颗粒滚动摩擦系数对堆积特性的影响[J]. 韩燕龙,贾富国,唐玉荣,刘扬,张强. 物理学报. 2014(17)
[9]稻谷颗粒物料堆积角模拟预测方法[J]. 贾富国,韩燕龙,刘扬,曹银平,史宇菲,姚丽娜,王会. 农业工程学报. 2014(11)
[10]基于机械物理法的废旧热固性塑料再生方法与试验[J]. 何平,吴仲伟,马玉平,陈从升,李辉,潘绍波. 塑料工业. 2013(11)
硕士论文
[1]基于CFD技术的规则波中船舶参数激励横摇数值模拟研究[D]. 葛文澎.哈尔滨工程大学 2017
[2]废弃热固性酚醛树脂的回收利用工艺[D]. 许月圆.湖北大学 2016
[3]基于特征约束的六面体网格生成算法[D]. 庞宇.南京师范大学 2015
[4]大型旋回破碎机腔型设计及优化[D]. 李永胜.吉林大学 2014
[5]基于机械物理法的废旧热固性塑料再生工艺及实验研究[D]. 石磊.合肥工业大学 2013
[6]基于确定性冲击技术的立轴破碎机转子设计[D]. 陈现新.济南大学 2012
[7]热固性塑料剪切粉碎流场分析与粉碎效果研究[D]. 赵建.合肥工业大学 2012
[8]基于高精度守恒重映的任意拉格朗日欧拉方法研究[D]. 赵小杰.南京航空航天大学 2011
[9]煤粉干燥管内气固两相流动的数值模拟与实验研究[D]. 于连丽.辽宁工程技术大学 2009
[10]废弃热固塑料资源化利用技术研究[D]. 程果锋.东华大学 2009
本文编号：3050967
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