渦流空氣分級機(jī)流場分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、粉體制備領(lǐng)域中，通過對原料進(jìn)行分級，獲得窄粒級的微細(xì)粉體，是機(jī)械法進(jìn)行粉體制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來，渦流空氣分級機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單、可靠，操作參數(shù)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)成為主流的動態(tài)空氣分級機(jī)。隨著粉體需求不斷增加，粉體分級技術(shù)成顆粒超細(xì)化、窄粒級化趨勢，這對分級機(jī)分級性能提出了更高的要求。本文通過理論分析與數(shù)值模擬對渦流空氣分級機(jī)內(nèi)流場進(jìn)行分析，優(yōu)化渦流空氣分級機(jī)核心部件，以改善分級機(jī)內(nèi)流場分布特性，提高渦流空氣分級機(jī)分級性能，豐富渦流空氣分級機(jī)設(shè)計(jì)理

2、論。主要內(nèi)容包括:
　　分析FLUENT軟件在渦流空氣分級機(jī)流場及顆粒軌跡模擬中的應(yīng)用，結(jié)合渦流空氣分級機(jī)特點(diǎn)及計(jì)算模型屬性制定模擬方案。主要包括將渦流空氣分級機(jī)結(jié)構(gòu)簡化為3個區(qū)域，采用Hex/Wedge網(wǎng)格類型及Cooper劃分方法劃分網(wǎng)格，并對轉(zhuǎn)籠所在區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密;對比分析后確定連續(xù)相流場計(jì)算模型為RNGk-ε模型，標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)進(jìn)行近壁處理;通過計(jì)算顆粒體積加載率和質(zhì)量加載率，確定顆粒軌跡計(jì)算方法為DPM離散相模型中的非耦合計(jì)

3、算。
　　對轉(zhuǎn)籠流道內(nèi)流場特性及轉(zhuǎn)籠入口速度進(jìn)行分析，理論推導(dǎo)了轉(zhuǎn)籠流道內(nèi)相對速度分布公式，并得出葉片形狀與相對速度梯度的關(guān)系;結(jié)合模擬結(jié)果與入口速度三角形得出氣流在轉(zhuǎn)籠入口相對速度角。據(jù)此設(shè)計(jì)了一種進(jìn)行面為凹面、入口葉片安裝角與入口相對速度角相等的徑向圓弧葉片轉(zhuǎn)籠。最后通過數(shù)值模擬與物料實(shí)驗(yàn)對改進(jìn)效果進(jìn)行了驗(yàn)證。模擬結(jié)果表明:改進(jìn)后的徑向圓弧葉片轉(zhuǎn)籠流道內(nèi)速度梯度明顯減小，氣流反旋消失;轉(zhuǎn)籠入口氣流及顆粒與葉片的沖擊減小，分級粒

4、徑減小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:設(shè)計(jì)工況下，徑向圓弧葉片轉(zhuǎn)籠結(jié)構(gòu)在不降低分級精度情況下，分級粒徑減小了11.5％。
　　通過理論分析推導(dǎo)出計(jì)算轉(zhuǎn)籠入口、出口安裝角的方法，結(jié)合葉片彎曲方向確定了一種非徑向圓弧葉片轉(zhuǎn)籠設(shè)計(jì)方法。并且通過數(shù)值模擬和物料實(shí)驗(yàn)對該方法設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)籠改進(jìn)效果進(jìn)行了驗(yàn)證。模擬結(jié)果表明:與傳統(tǒng)直葉片轉(zhuǎn)籠相比，非徑向圓弧葉片轉(zhuǎn)籠葉片間速度分布均勻，無氣流反旋;氣流流線與葉片型線基本重合，轉(zhuǎn)籠入口氣流及顆粒與葉片沖擊減小。物料實(shí)驗(yàn)

5、表明:不同工況下非徑向圓弧葉片轉(zhuǎn)籠較直葉片轉(zhuǎn)籠，在獲得相同分級粒徑時，分級精度提高10.6％-40.8％，細(xì)粉產(chǎn)率提高12.5％-40.1％。
　　對蝸殼內(nèi)流體進(jìn)行分析，推導(dǎo)出蝸殼內(nèi)氣流跡線公式，據(jù)此設(shè)計(jì)了與氣流跡線重合的對數(shù)螺旋線型蝸殼。新設(shè)計(jì)的蝸殼對氣流有良好的導(dǎo)流效果，氣流由導(dǎo)風(fēng)葉片入口圓周均勻流入，殼體內(nèi)同一圓周不同位置處速度相近，尤其環(huán)形區(qū)徑向速度和切向速度分布更加均勻。離散結(jié)果表明，對數(shù)螺旋線型蝸殼結(jié)構(gòu)下，同一粒徑的顆