多組分粉體混合過程的理論分析與實驗研究.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)動的復(fù)雜性，人們對實際混合時顆粒的運(yùn)動規(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)域的知識和技術(shù)。以計算流體力學(xué)(Computational FluidDynamics，CFD)為理論基礎(chǔ)的數(shù)值模擬技術(shù)能對流動、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)域中得到驗證和推廣。計算流體力學(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，在毫米級的尺寸度量下的一個顆粒，實際上是由無數(shù)個不同尺寸的微細(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。正因為粉體的這種“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，難以得到正確的驗證。因此，目前人們還未能設(shè)計實現(xiàn)其粉體物料混合的最佳工藝，而且在生產(chǎn)實際中，由于缺乏合理的研究方法和手段，還不能對于水泥粉體混合均勻性作出正確的評價。
　　 本文以現(xiàn)代水泥合成中的粉體混合過程為研究對象，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價方法及其適用的范圍等)，針對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)理論分析與實驗驗證的方法，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規(guī)律，計算結(jié)果給出了均化庫內(nèi)氣相和顆粒相運(yùn)動渦旋回流效應(yīng)，描述了顆粒隨流體作回流宏觀運(yùn)動的特點(diǎn)，得到了均化庫內(nèi)氣體流動狀態(tài)、顆?；旌线\(yùn)動規(guī)律等多項參數(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?；旌系牧鲃右?guī)律，亦為均化庫的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和實際操作參數(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，這種方法使人們對粉體顆粒的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有了更深入的認(rèn)識，已經(jīng)成為了顆粒分析的必要手段之一。論文針對粉粒體具有微觀上離散性的特點(diǎn)，對微觀性能、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)實驗研究(包括各組分物性測定、微觀形貌分析、各組成成