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涡流空气分级机内气流及气固两相流的数值模拟研究

作　者: 刘桂凤
导　师: 刘家祥；于源
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 涡流空气分级机 流场特性 离散相模型 水平隔板 数值模拟
分类号: TQ051.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


涡流空气分级机是机械法制备超细粉体工艺中重要的设备之一。涡流空气分级机的分级介质为气体,气流的运动特性决定了进入涡流空气分级机内的物料颗粒的运动特性,进而会影响分级机的分级性能。因此要提高分级机的分级性能,必须了解涡流空气分级机内气流及颗粒的运动特性。利用FLUENT软件模拟涡流空气分级机的内部流场,获得使内部流场均匀稳定的条件参数,为提高分级机分级性能提供参考；同时利用离散相模型对颗粒的运动轨迹进行模拟,全面直观的了解涡流空气分级机的分级过程,为研究分级机的切割粒径提供参考。流场特性的实验研究表明：在进口风速一定的条件下,转笼转速的增加有助于提高分级机内部气流的切向速度,但并不能影响切向速度的分布,叶片间的切向速度始终沿径向增大；存在一个临界转笼转速使转笼叶片间径向速度分布均匀,转笼转速大于或小于临界转速都会引起径向速度的波动。转笼叶片数为60片时,转笼转速与进口风速比值为100时,转笼叶片间径向速度最稳定。蜗壳内增加水平隔板会对涡流空气分级机内流场的轴向速度、径向速度以及耗散率产生影响。存在一个临界的隔板数目使轴向速度分布最均匀；增加一定数量的隔板可以部分提高气流切向速度,在一定程度上可以改善惯性反漩涡对进行面径向速度的影响,使转笼叶片间流场更加稳定,但是隔板过多时则会引起反作用；水平隔板的增加会引起涡流空气分级机内空气流场湍流耗散率的增加,隔板数目越多,耗散率越大。应用离散相模型研究颗粒的运动轨迹,研究结果表明：物料喂入点的位置会影响颗粒在涡流空气分级机中的运动轨迹。相同粒径的颗粒喂入位置不同时运动轨迹也不同；越接近环形区内缘,粒径大的颗粒越容易通过转笼成为细粉；从环形区的外缘、中间、内缘三个位置给入的颗粒,切割粒径的大小顺序是内缘>中间>外缘。结合实际物料实验结果,在环形区内缘喂入颗粒时的模拟结果更接近实际切割粒径。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-13
符号说明  13-14
第一章 绪论  14-26
  1.1 分级技术概述  14-18
    1.1.1 分级技术  14-16
    1.1.2 涡流空气分级机简介  16-18
  1.2 涡流空气分级机的研究现状  18-19
  1.3 涡流空气分级机内部流场模拟软件的介绍  19-24
    1.3.1 控制方程的离散方式  19-20
    1.3.2 FLUENT软件的组成  20-21
    1.3.3 FLUENT软件的适用范围  21
    1.3.4 FLUENT软件的求解过程  21-24
    1.3.5 FLUENT软件的特点  24
  1.4 论文选题来源、目的与意义  24-26
    1.4.1 课题来源  24
    1.4.2 本课题的目的与意义  24-25
    1.4.3 本课题的主要研究内容  25-26
第二章 涡流空气分级机分级流场的模拟  26-52
  2.1 涡流空气分级机模型的建立  26-30
    2.1.1 几何模型的建立  26-27
    2.1.2 几何模型的网格划分  27-30
    2.1.3 边界条件的设置  30
  2.2 Fluent中相关参数的设置  30-37
    2.2.1 基本控制方程组的选择  30-35
    2.2.2 其他参数的选择  35-37
  2.3 模拟结果及分析  37-50
    2.3.1 环形区流场模拟结果  37-44
    2.3.2 转笼叶片间流场分布  44-50
  2.4 本章小结  50-52
第三章 涡流空气分级机切割粒径的研究  52-68
  3.1 涡流空气分级机的理论切割粒径  52-54
  3.2 涡流空气分级机气固两相流模型的选择  54-61
    3.2.1 气固两相流模型  54-56
    3.2.2 离散相简介  56-61
  3.3 计算结果分析  61-66
  3.4 物料实验  66-67
  3.5 本章小结  67-68
第四章 蜗壳结构改进及其性能研究  68-76
  4.1 具有不同型式蜗壳的分级机模型的建立  68-69
  4.2 模拟结果及分析  69-74
    4.2.1 隔板数目对转笼外柱面轴向速度的影响  69-70
    4.2.2 隔板数目对分级机惯性反漩涡的影响  70-72
    4.2.3 隔板数目对分级机湍流耗散率的影响  72-74
  4.3 本章小结  74-76
第五章 结论与展望  76-78
  5.1 结论  76-77
  5.2 展望  77-78
参考文献  78-82
致谢  82-84
作者攻读学位期间发表的学术论文  84-86
作者和导师简介  86-87
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  87-88

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工机械与仪器、设备 > 化工过程用机械与设备 > 物质分离机械
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