垂直螺旋输送装置气固两相流场的数值模拟及实验研究

发布时间：2017-10-11 20:15

  本文关键词：垂直螺旋输送装置气固两相流场的数值模拟及实验研究

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【摘要】：散货物料的装船技术发展到现在已经达到了一个相当高的水平,而卸船技术比装船困难,其最高效率只有装船技术的1/4左右。垂直螺旋输送机以其独特的优势而被广泛应用于散体物料输送领域,目前国内外学者主要使用离散元理论的方法对垂直螺旋输送机内的输送情况进行研究,但是由于离散元理论方法的局限性,很难对粒径小且数量庞大的颗粒在流场中的运动进行分析。本文在流体力学理论的基础上,利用欧拉双流体模型,对垂直螺旋输送机内的气固流动规律进行了研究,主要工作及成果如下:(1)利用散体力学理论,对垂直螺旋输送机内物料的应力分布进行分析,建立了物料颗粒在稳定运动状态下的力学模型,应用物料在垂直螺旋输送机内的圆周速度沿径向变化的假设,通过分析得到了颗粒的运动方程。(2)采用欧拉双流体模型,利用Fluent软件对单转速下垂直螺旋输送机的输送过程进行数值模拟,分析了颗粒在垂直螺旋输送机内的流动规律。研究结果表明,颗粒在单个螺距内呈现V形分布,且在垂直螺旋输送机内呈现正态堆积。在进口处,有一定负压的存在,在输送的过程中会产生一定的吸力作用,不易造成堵塞。颗粒的轴向速度在靠近管壁处速度减小,而颗粒总速度却在此处达到最大值,并利用颗粒角速度和颗粒拟温度的分布特征分析得到了螺旋叶片外侧造成的磨损严重的原因。(3)在对单转速颗粒输送规律研究的基础上,进一步对不同转速下,垂直螺旋输送机内气固两相流动规律进行研究。研究结果表明,随着螺旋转速的增大,颗粒的轴向速度增大,但是输送过程变得越来越不稳定,同时颗粒在流场中的分布逐渐变得均匀,并且混合程度更好,但是颗粒填充率,轴向力,总力矩以及功率却随着螺旋转速的增大而有所减小。(4)根据模拟工况搭建了一套垂直螺旋输送实验装置,确定了实验装置的测试参数,并根据实验目的设计了相应的实验方案,对影响垂直螺旋输送性能的因素进行研究,并将实验结果与模拟结果进行了比较。研究发现物料填充率随进料量的增大而增大,但其增幅先增大后减小。螺旋轴扭矩随进料量的增大而增大,其增幅亦逐渐增大。物料整体轴向速度随着螺旋转速的增大而增大,与模拟值较为吻合,但是实验得到的颗粒填充率和模拟值得误差较大,并分析了误差产生的原因。本文通过对垂直螺旋输送机的输送过程气固两相流动进行数值模拟和实验研究,得到了输送机内部流场的流动情况,为新型垂直螺旋输送机的研究设计提供了理论依据和设计准则。
【关键词】：垂直螺旋输送机 欧拉双流体模型 散体力学 输送规律
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U693.3
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 国内外发展现状12-17
• 1.2.1 国内外对散体物料的研究现状12-13
• 1.2.2 螺旋输送机理论研究现状13-15
• 1.2.3 螺旋输送机仿真研究现状15-16
• 1.2.4 螺旋输送机实验研究现状16-17
• 1.3 研究内容17-19
• 第2章 垂直螺旋输送机的输送特性分析19-27
• 2.1 散体物料的力学特性19-24
• 2.1.1 散体物料的连续介质假设19
• 2.1.2 散体物料的基本概念19-21
• 2.1.3 散体物料的应力分析21-23
• 2.1.4 散体物料的极限平衡状态23-24
• 2.2 散体物料的运动学特性24-26
• 2.2.1 物料在垂直螺旋输送机内的运动假设24-25
• 2.2.2 物料在垂直螺旋输送机内的运动分析25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 垂直螺旋输送机气固两相流数值模拟方法与模型建立27-39
• 3.1 垂直螺旋输送机气固两相流模拟方法27-33
• 3.1.1 流场中颗粒的受力分析27-30
• 3.1.2 守恒方程30-31
• 3.1.3 曳力模型31-32
• 3.1.4 颗粒动力学理论32-33
• 3.2 垂直螺旋输送机内部流场的建模与求解33-37
• 3.2.1 多重参考坐标系（MRF）的应用33-35
• 3.2.2 几何模型的建立与网格划分35-36
• 3.2.3 气固两相流数值模拟设定36-37
• 3.3 本章小结37-39
• 第4章 垂直螺旋输送过程模拟结果及分析39-57
• 4.1 流场内区域划分40-41
• 4.2 单转速下流场的模拟结果及分析41-48
• 4.2.1 颗粒体积分数分布41-42
• 4.2.2 颗粒的速度分布42-45
• 4.2.3 压力分布45-47
• 4.2.4 颗粒拟温度分布47-48
• 4.3 不同转速对垂直螺旋输送性能的影响及分析48-55
• 4.3.1 转速对颗粒轴向速度的影响49-50
• 4.3.2 转速对颗粒体积分数分布的影响50-52
• 4.3.3 转速对填充率的影响52-53
• 4.3.4 转速对螺旋轴向受力的影响53-54
• 4.3.5 转速对螺旋轴轴向总力矩和功率的影响54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 垂直螺旋输送机内流动特性的实验研究57-69
• 5.1 垂直螺旋输送机实验装置的设计57-62
• 5.1.1 实验方案设计57-59
• 5.1.2 进料系统59-60
• 5.1.3 测量系统60-62
• 5.1.4 转速控制系统62
• 5.2 实验装置主要参数及实验数据处理方法62-64
• 5.2.1 实验装置主要参数62-63
• 5.2.2 实验数据的处理63-64
• 5.3 垂直螺旋输送实验结果分析64-65
• 5.3.1 进料量对物料填充率的影响64-65
• 5.3.2 进料量对扭矩的影响65
• 5.4 实验结果与模拟结果的对比及误差分析65-68
• 5.4.1 颗粒整体轴向速度的比较65-67
• 5.4.2 颗粒填充率的比较67-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第6章 结论与展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果76

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本文编号：1014523