卸料斗幾何參數(shù)對(duì)自由下落微粒流流場(chǎng)特性的影響研究.pdf

1、在工業(yè)生產(chǎn)和散裝物料（如黃沙、煤炭以及糧食顆粒等）運(yùn)輸和卸料的過(guò)程中，進(jìn)行自由下落運(yùn)動(dòng)的散料微粒流到處可見(jiàn)。微粒流在自由下落過(guò)程中由于受重力、浮力、顆粒之間摩擦阻力以及顆粒與環(huán)境空氣之間作用力的影響，會(huì)導(dǎo)致環(huán)境空氣被卷吸到微粒流束流場(chǎng)中形成微粒羽流。微粒羽流在自由下落過(guò)程中，當(dāng)散料碰到底端接收裝置時(shí)，由于下落散料的沖擊力，促使散料粉塵逃逸到周?chē)h(huán)境空氣中造成環(huán)境污染，給工作人員的身心健康帶來(lái)巨大的損害。
　　本課題跟蹤國(guó)際前沿、針

2、對(duì)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，以卸料斗自身結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，運(yùn)用EDEM顆粒元軟件與Fluent軟件對(duì)散狀物料經(jīng)卸料斗自由下落時(shí)與環(huán)境空氣之間的耦合規(guī)律以及卸料斗幾何參數(shù)、顆粒物料物性參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行數(shù)值模擬；在自由下落微粒流與環(huán)境空氣關(guān)系的多功能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，通過(guò)改進(jìn)卸料斗結(jié)構(gòu)（卸料斗的傾斜角度(б)、卸料斗的初始下落口徑D），對(duì)微粒流在環(huán)境空氣中自由下落時(shí)的產(chǎn)塵量G進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，以期獲得產(chǎn)塵量G最小的卸料斗。通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究得出如下結(jié)論：

3、r>　　（1）數(shù)值模擬結(jié)果表明：
　　a）卸料質(zhì)量流量Ws隨著傾斜角度(б)、內(nèi)摩擦系數(shù)μ、壁摩擦系數(shù)μw不斷增加而減小。當(dāng)53°＜(б)≤55°時(shí)，卸料質(zhì)量流量Ws隨卸料斗傾斜角度(б)的增加減少的幅度較大；而當(dāng)55°＜(б)≤60°時(shí)，卸料質(zhì)量流量Ws隨卸料斗傾斜角度(б)的增加的減少的幅度較小。在本課題的研究范圍內(nèi)卸料質(zhì)量流量Ws與內(nèi)摩擦系數(shù)μ之間的關(guān)系表達(dá)式為：Ws＝195.83×exp[0.095/(μ﹢0.176)]，

4、在本課題的研究范圍內(nèi)卸料質(zhì)量流量Ws與壁摩擦系數(shù)μw之間的關(guān)系表達(dá)式為：公式略。
　　b）計(jì)算區(qū)域內(nèi)的顆粒濃度、微粒流流速v隨初始下落口徑D的增加而不斷增大；在初始下落口徑為0.01m時(shí)，顆粒濃度最小，而當(dāng)初始下落口徑D為0.03m時(shí)，顆粒濃度最大。在微粒下落的初始階段，微粒流流速v隨著下落高度h的增加而增加，當(dāng)下落高度h增長(zhǎng)到某一定值時(shí)，微粒流流速v趨于穩(wěn)定；微粒流流速v隨著初始下落口口徑D的增加而增加，當(dāng)初始下落口徑D為0.0

5、1m時(shí)，微粒流速vmax為2.28m/s，初始下落口徑D為0.03m時(shí)，微粒流速vmax為3.5 m/s。
　　c）計(jì)算區(qū)域內(nèi)顆粒的擴(kuò)散半徑隨微粒密度ρp的增加而逐漸減小。在微粒下落的初始階段，微粒流流速v隨著下落高度h的增加而增加，當(dāng)下落高度h增長(zhǎng)到某一定值時(shí)，微粒流流速v趨于穩(wěn)定；微粒流流速v隨著微粒流密度ρp的增加而增加，當(dāng)微粒密度ρp為790kg/m3時(shí)，微粒流速vmax為1.21 m/s，微粒密度ρp為2590 kg/m

6、3時(shí)，微粒流速vmax為2.83m/s。
　　d）計(jì)算區(qū)域內(nèi)顆粒的擴(kuò)散半徑隨微粒粒徑d p的增大而不斷減小，顆粒的停留時(shí)間t隨之減??；當(dāng)微粒粒徑d p為186.42×10-6 m時(shí)，顆粒與環(huán)境空氣的混合程度較好，顆粒在計(jì)算區(qū)域的停留時(shí)間較長(zhǎng)，擴(kuò)散半徑也較大，相反在微粒粒徑d p為767.13×10-6 m時(shí)，顆粒在計(jì)算區(qū)域的停留時(shí)間較短，擴(kuò)散半徑也較小。在微粒下落的初始階段，微粒流流速v隨著下落高度h的增加而增加，當(dāng)下落高度h增長(zhǎng)

7、到某一定值時(shí)，微粒流流速v趨于穩(wěn)定；微粒流流速v隨著微粒粒徑dp的增加而增加，當(dāng)微粒粒徑dp為186.42×10ˉ6 m時(shí)，微粒流速vmax為1.01 m/s，微粒粒徑為767.13×10ˉ6 m時(shí)，微粒流速maxv為2.54 m/s。
　　（2）實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：各種結(jié)構(gòu)（傾斜角度）的卸料斗都有其合理的使用范圍，在工程實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)物料的特性選用合適結(jié)構(gòu)的卸料斗，如使得黃沙微粒流產(chǎn)塵量G最小的卸料斗角度為58°、玉米微粒流產(chǎn)塵

8、量G最小的卸料斗角度為57°，而二氧化硅微粒流產(chǎn)塵量G最大的卸料斗角度為54°。
　?。?）通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)微粒流在下落過(guò)程中速度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合，因此，實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬計(jì)算均可以用來(lái)研究卸料斗結(jié)構(gòu)對(duì)自由下落微粒流流場(chǎng)特性以及產(chǎn)塵量G的影響規(guī)律。
　?。?）采用數(shù)學(xué)的方法，運(yùn)用π定理以及多元線性回歸分析的方法對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，最終得出自由下落微粒流產(chǎn)塵量G與微粒流的質(zhì)量流量Mp