涡流空气分级机流场分析及结构优化
粉体制备领域中，通过对原料进行分级，获得窄粒级的微细粉体，是机械法进行粉体制备的关键环节。近年来，涡流空气分级机以其结构简单、可靠，操作参数可调等优点成为主流的动态空气分级机。随着粉体需求不断增加，粉体分级技术成颗粒超细化、窄粒级化趋势，这对分级机分级性能提出了更高的要求。本文通过理论分析与数值模拟对涡流空气分级机内流场进行分析，优化涡流空气分级机核心部件，以改善分级机内流场分布特性，提高涡流空气分级机分级性能，丰富涡流空气分级机设计理论。主要内容包括: 分析FLUENT软件在涡流空气分级机流场及颗粒轨迹模拟中的应用，结合涡流空气分级机特点及计算模型属性制定模拟方案。主要包括将涡流空气分级机结构简化为3个区域，采用Hex/Wedge网格类型及Cooper划分方法划分网格，并对转笼所在区域进行网格加密;对比分析后确定连续相流场计算模型为RNGk-ε模型，标准函数进行近壁处理;通过计算颗粒体积加载率和质量加载率，确定颗粒轨迹计算方法为DPM离散相模型中的非耦合计算。 对转笼流道内流场特性及转笼入口速度进行分析，理论推导了转笼流道内相对速度分布公式，并得出叶片形状与相对速度梯度的关系;结合模拟结果与入口速度三角形得出气流在转笼入口相对速度角。据此设计了一种进行面为凹面、入口叶片安装角与入口相对速度角相等的径向圆弧叶片转笼。最后通过数值模拟与物料实验对改进效果进行了验证。模拟结果表明:改进后的径向圆弧叶片转笼流道内速度梯度明显减小，气流反旋消失;转笼入口气流及颗粒与叶片的冲击减小，分级粒径减小。实验结果表明:设计工况下，径向圆弧叶片转笼结构在不降低分级精度情况下，分级粒径减小了11.5％。 通过理论分析推导出计算转笼入口、出口安装角的方法，结合叶片弯曲方向确定了一种非径向圆弧叶片转笼设计方法。并且通过数值模拟和物料实验对该方法设计的转笼改进效果进行了验证。模拟结果表明:与传统直叶片转笼相比，非径向圆弧叶片转笼叶片间速度分布均匀，无气流反旋;气流流线与叶片型线基本重合，转笼入口气流及颗粒与叶片冲击减小。物料实验表明:不同工况下非径向圆弧叶片转笼较直叶片转笼，在获得相同分级粒径时，分级精度提高10.6％-40.8％，细粉产率提高12.5％-40.1％。 对蜗壳内流体进行分析，推导出蜗壳内气流迹线公式，据此设计了与气流迹线重合的对数螺旋线型蜗壳。新设计的蜗壳对气流有良好的导流效果，气流由导风叶片入口圆周均匀流入，壳体内同一圆周不同位置处速度相近，尤其环形区径向速度和切向速度分布更加均匀。离散结果表明，对数螺旋线型蜗壳结构下，同一粒径的颗粒从环形区同一圆周不同位置处释放时，进入粗粉或细粉的情况相同，分级粒径分布均匀，有利于分级精度的提高。
涡流空气分级机;流场特性;结构优化;运行参数
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
于源
2016
中文
TH174
90
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）