干混砂漿混合過(guò)程有限元模擬與混合設(shè)備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、干混砂漿是繼混凝土之后又一具有廣闊應(yīng)用前景的新型綠色建筑材料，其中混合設(shè)備是干混砂漿生產(chǎn)線中最關(guān)鍵的設(shè)備之一。目前，對(duì)于混合設(shè)備雖然已經(jīng)有了較多的實(shí)驗(yàn)和理論研究，但是有關(guān)的理論研究和設(shè)計(jì)計(jì)算方法仍然不完善，混合設(shè)備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取多依賴于經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)，而實(shí)驗(yàn)方面的研究是以消耗大量的時(shí)間和成本為代價(jià)。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬與分析已成為解決工程復(fù)雜問(wèn)題的有效手段。本文應(yīng)用有限元模擬技術(shù)對(duì)干混砂漿混合過(guò)程進(jìn)行了深入研究，探索了

2、干混砂漿混合過(guò)程三維流場(chǎng)內(nèi)發(fā)生的物理現(xiàn)象及各物理量作用規(guī)律，分析了物料混合過(guò)程的特性及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了混合設(shè)備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，為干混砂漿混合設(shè)備的改進(jìn)和新產(chǎn)品的研發(fā)提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。
　　論文首先研究了干混砂漿混合過(guò)程有限元模擬的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)。界定了干混砂漿組分的幾何尺寸，并根據(jù)粉體學(xué)理論采用連續(xù)型模型描述了干混砂漿顆粒運(yùn)動(dòng)的物理特性；提出并研究了干混砂漿混合過(guò)程有限元模擬的多相流體連續(xù)介質(zhì)

3、模型、流體基本控制方程、RNGκ-ε湍流模型等關(guān)鍵技術(shù)。
　　其次，以DW1200臥式干混砂漿混合設(shè)備為研究對(duì)象，合理簡(jiǎn)化混合設(shè)備實(shí)體模型，利用三維軟件UG建立了混合設(shè)備三維實(shí)體模型，應(yīng)用ANSYS軟件進(jìn)行了有限元模擬分析。同時(shí)，進(jìn)行了干混砂漿混合實(shí)驗(yàn)，獲得了變異系數(shù)Cv隨時(shí)間的變化規(guī)律曲線。將有限元模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較分析，兩種結(jié)果的一致性表明本文建立的混合過(guò)程有限元模擬關(guān)鍵技術(shù)是正確的。
　　然后，利用以上有限元

4、模擬技術(shù)，分析了實(shí)際工程中較多使用的DW2000大型臥式干混砂漿混合設(shè)備內(nèi)物料的混合過(guò)程，獲得了流場(chǎng)的速度場(chǎng)、湍動(dòng)能分布規(guī)律、物料體積分布規(guī)律以及示蹤劑濃度場(chǎng)等。研究結(jié)果表明：物料的運(yùn)動(dòng)速度沿徑向逐漸增大，在外側(cè)槳葉作用下速度達(dá)到最大，靠近攪拌軸以及攪拌臂部分速度最??；湍動(dòng)能主要集中在槳葉附近區(qū)域以及槳葉與槳葉之間的位置，而壁面及攪拌軸區(qū)域湍流動(dòng)能很??；示蹤劑在槳葉的攪拌作用下沿切向和軸向方向流動(dòng)，慢慢的向其余槳葉運(yùn)動(dòng)，形成對(duì)流混合，槳

5、葉及其附近區(qū)域的示蹤劑在槳葉的作用下，彼此之間形成剪切層，各示蹤劑顆粒之間相互碰撞和滑動(dòng)，受到很大的剪切力作用，形成剪切混合。
　　最后，論述和比較了對(duì)混合設(shè)備混合過(guò)程產(chǎn)生影響的幾個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，并基于有限元模擬技術(shù)對(duì)槳葉安裝角度、攪拌軸轉(zhuǎn)速、葉片數(shù)量、加料點(diǎn)位置等主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明：在槳葉安裝角度方面，槳葉安裝角度為45°時(shí)混合效果最好；在攪拌軸轉(zhuǎn)速方面，隨著攪拌軸轉(zhuǎn)速的增加，混合時(shí)間越來(lái)越短，但是功率消耗