多組分粉體混合過程的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、粉體混合是使被加工物料在混合設(shè)備中達(dá)到均勻分散、相互滲透，從而改善混合物料的各種性質(zhì)的方法和手段。粉體混合在食品、醫(yī)藥、材料、塑料、化肥、冶金等許多領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用。對(duì)粉體進(jìn)行高效的混合是產(chǎn)品質(zhì)量的保障，也是節(jié)約資源以及大量固體廢棄物再資源化的重要途徑。
　　 但是由于粉體組成相和顆粒尺寸的多變性以及粉體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，人們對(duì)實(shí)際混合時(shí)顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及機(jī)理還不能做出完善的解釋。目前國內(nèi)外關(guān)于粉體混合的研究取得了巨大的進(jìn)展，特

2、別是數(shù)值模擬技術(shù)的逐步完善和應(yīng)用，極大地豐富了粉體混合領(lǐng)域的知識(shí)和技術(shù)。以計(jì)算流體力學(xué)(Computational FluidDynamics，CFD)為理論基礎(chǔ)的數(shù)值模擬技術(shù)能對(duì)流動(dòng)、傳熱、燃燒、化學(xué)反應(yīng)、多相流等問題進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測，并在許多工程領(lǐng)域中得到驗(yàn)證和推廣。計(jì)算流體力學(xué)的迅速發(fā)展及其在工業(yè)領(lǐng)域中的成功應(yīng)用，為描述氣力均化混合過程以及均化庫結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)選提供了良好的研究手段。但是，現(xiàn)代水泥的生產(chǎn)及合成工藝過程是一典型

3、多組分、并且顆粒尺寸分布很寬(微米——毫米)的粉狀物料混合過程。它不僅是由不同化學(xué)成分的單元組成，而且各組成成分又包括了不同的粒徑的顆粒狀物料，因此它是具有多相分散的材料體系，是由無數(shù)個(gè)形狀、大小和性質(zhì)各異的顆粒隨機(jī)組成的集合體，在毫米級(jí)的尺寸度量下的一個(gè)顆粒，實(shí)際上是由無數(shù)個(gè)不同尺寸的微細(xì)顆粒組成的聚集體。因此，粉體具有特有的“兩重性”，即宏觀上的連續(xù)性和微觀上的離散性。正因?yàn)榉垠w的這種“兩重性”，在水泥合成制造中，氣力混合內(nèi)部流場非

4、常復(fù)雜，難以確切知道組成水泥的各組分粉體在混合過程中的作用和狀態(tài)，使得以計(jì)算流體力學(xué)為理論基礎(chǔ)的數(shù)值模擬技術(shù)在現(xiàn)代水泥的生產(chǎn)及合成工藝中，難以得到正確的驗(yàn)證。因此，目前人們還未能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)其粉體物料混合的最佳工藝，而且在生產(chǎn)實(shí)際中，由于缺乏合理的研究方法和手段，還不能對(duì)于水泥粉體混合均勻性作出正確的評(píng)價(jià)。
　　 本文以現(xiàn)代水泥合成中的粉體混合過程為研究對(duì)象，在分析研究了現(xiàn)有粉體混合的機(jī)理、特點(diǎn)及存在的問題基礎(chǔ)上(包括多組分粉體混合

5、的機(jī)理，混合設(shè)備的原理及相關(guān)結(jié)構(gòu)、常用的混合均勻度的評(píng)價(jià)方法及其適用的范圍等)，針對(duì)粉粒體具有宏觀上連續(xù)性的特點(diǎn)，運(yùn)用多相流的相關(guān)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，采用歐拉—?dú)W拉模型，數(shù)值模擬并分析了水泥粉體在氣力均化庫中的混合過程及其宏觀流動(dòng)規(guī)律，計(jì)算結(jié)果給出了均化庫內(nèi)氣相和顆粒相運(yùn)動(dòng)渦旋回流效應(yīng)，描述了顆粒隨流體作回流宏觀運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，得到了均化庫內(nèi)氣體流動(dòng)狀態(tài)、顆粒混合運(yùn)動(dòng)規(guī)律等多項(xiàng)參數(shù)，全面、直觀地反應(yīng)了氣力均化庫內(nèi)的顆粒的流動(dòng)狀態(tài)，為分

6、析氣力均化庫混合機(jī)理提供了有效的顆?；旌系牧鲃?dòng)規(guī)律，亦為均化庫的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和實(shí)際操作參數(shù)的選取提供了重要的理論依據(jù)。隨著科學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)成為研究顆粒性質(zhì)的一種新方法，這種方法使人們對(duì)粉體顆粒的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有了更深入的認(rèn)識(shí)，已經(jīng)成為了顆粒分析的必要手段之一。論文針對(duì)粉粒體具有微觀上離散性的特點(diǎn)，對(duì)微觀性能、形狀各異的水泥熟料、礦渣組成的水泥粉體產(chǎn)品，進(jìn)行了大量的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究(包括各組分物性測定、微觀形貌分析、各組成成