渦流空氣分級(jí)機(jī)顆粒分離過(guò)程數(shù)學(xué)模擬及雙層撒料盤設(shè)計(jì).pdf

1、機(jī)械破碎或粉磨獲得的粉體因其粒度分布范圍較寬而不能滿足日益增長(zhǎng)的需求，因此往往需要對(duì)粉體進(jìn)行分級(jí)。渦流空氣分級(jí)機(jī)因其具有分級(jí)效率高、處理量大等優(yōu)點(diǎn)迅速在動(dòng)態(tài)分級(jí)機(jī)中占據(jù)了主導(dǎo)地位。隨著微細(xì)粉體在各行各業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，提高渦流空氣分級(jí)機(jī)的分級(jí)性能成為亟待解決的問(wèn)題。本文通過(guò)分析分級(jí)機(jī)內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)，結(jié)合Fluent數(shù)值模擬，設(shè)計(jì)了雙層撒料盤，以改善粉體顆粒在渦流空氣分級(jí)機(jī)內(nèi)分散性，旨在提高分級(jí)機(jī)分級(jí)性能;通過(guò)對(duì)環(huán)形區(qū)的顆粒進(jìn)行受力分析，

2、建立了顆粒分級(jí)的隨機(jī)過(guò)程模型并進(jìn)行Monte Carlo模擬，以期進(jìn)一步揭示分級(jí)機(jī)內(nèi)氣固分離機(jī)理;基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，以對(duì)分級(jí)性能指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　通過(guò)對(duì)渦流空氣分級(jí)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，將分級(jí)機(jī)模型簡(jiǎn)化為四部分分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分，進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)確定網(wǎng)格數(shù)量;分析了不同的湍流模型、離散格式及壓力速度耦合方式，最終確定RNGk-ε模型、一階迎風(fēng)格式和SIMPLEC壓力速度

3、耦合方式來(lái)對(duì)渦流空氣分級(jí)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行氣相模擬;分析了顆粒在氣相中的受力情況，結(jié)合渦流空氣分級(jí)機(jī)的操作工況，計(jì)算了分級(jí)機(jī)內(nèi)顆粒質(zhì)量加載率、體積加載率，確定了氣固雙向耦合DPM離散相模型。
　　對(duì)單層徑向撒料盤上顆粒的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，并對(duì)顆粒離開撒料盤后的料帶分布進(jìn)行了理論計(jì)算;據(jù)此設(shè)計(jì)了一種上層撒料面具有均布扇形開口且均布凸棱的雙層徑向撒料盤;通過(guò)數(shù)值模擬、物料模擬實(shí)驗(yàn)及物料分級(jí)實(shí)驗(yàn)對(duì)改進(jìn)效果進(jìn)行了驗(yàn)證。數(shù)值模擬結(jié)果表明:單、雙層撒

4、料盤結(jié)構(gòu)下分級(jí)機(jī)流場(chǎng)分布基本一樣，兩種結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)分布的影響較小，但離散相結(jié)果表明同一粒徑的顆粒經(jīng)雙層撒料盤上、下撒料面分散后的旅行時(shí)間不同，可減小顆粒團(tuán)聚、碰撞的概率;雙層撒料盤結(jié)構(gòu)下，分級(jí)機(jī)分級(jí)粒徑減小、分級(jí)精度提高。物料模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:相比單層撒料盤，顆粒經(jīng)雙層撒料盤分散后具有更寬的料帶，承料面上單位面積物料量最大相對(duì)減少量為29.2％，因此雙層撒料盤結(jié)構(gòu)能夠改善物料分散性。物料分級(jí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:不同工況下，相比單層撒料盤，雙層撒

5、料盤結(jié)構(gòu)下分級(jí)粒徑更小，分級(jí)精度更高，分級(jí)粒徑最大減小了25.24％、分級(jí)精度最大提高了52.47％。
　　為描述渦流空氣分級(jí)機(jī)內(nèi)顆粒的分級(jí)過(guò)程，考慮顆粒隨粒徑大小被分離的必然性的同時(shí)，還應(yīng)考慮顆粒運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性。根據(jù)渦流空氣分級(jí)機(jī)的特點(diǎn)，構(gòu)建了三角馬爾可夫鏈，建立了渦流空氣分級(jí)機(jī)內(nèi)顆粒分級(jí)的隨機(jī)數(shù)學(xué)模型，并利用Monte Carlo方法對(duì)隨機(jī)模型進(jìn)行了求解。與物料實(shí)驗(yàn)的對(duì)比結(jié)果表明，Monte Carlo模擬部分分級(jí)效率曲線更接近

6、于理想分級(jí)部分分級(jí)效率曲線，分級(jí)粒徑的變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)一致，有助于探求渦流空氣分級(jí)機(jī)分級(jí)機(jī)理。但由于所建立的隨機(jī)數(shù)學(xué)模型并未考慮顆粒間相互作用以及分級(jí)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)湍流特性的影響，因此該分級(jí)模型有待進(jìn)一步完善。
　　利用MATLAB建立了分級(jí)機(jī)分級(jí)精度與分級(jí)粒徑三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了渦流空氣分級(jí)機(jī)分級(jí)精度和分級(jí)粒徑的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并應(yīng)用由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組成的訓(xùn)練樣本對(duì)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，得到3-3-2型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分級(jí)精度和分級(jí)粒徑預(yù)測(cè)模型并通過(guò)

7、測(cè)試樣本對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明:預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)分級(jí)精度之間的平均相對(duì)偏差為17.59％;預(yù)測(cè)分級(jí)粒徑與實(shí)驗(yàn)分級(jí)粒徑之間的平均相對(duì)偏差為7.13％，而理論計(jì)算公式與實(shí)驗(yàn)分級(jí)粒徑之間的平均相對(duì)偏差為50.44％，無(wú)論是分級(jí)精度還是分級(jí)粒徑，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型都具有較高的預(yù)測(cè)精度。此外，隨機(jī)過(guò)程理論的Monte Carlo模擬是在分析分級(jí)機(jī)內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，對(duì)分級(jí)機(jī)的部分分級(jí)效率進(jìn)行預(yù)測(cè)，而BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立基于分級(jí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故