基于DEM的立式紊流搅拌机混合机理研究

摘要

搅拌设备广泛应用于冶金、玻璃、建材、环保和陶瓷等各行业。虽然我国生产搅拌设备的企业众多，但整体技术水平稍显落后，选择从国外进口设备则价格昂贵、维修困难且成本较高，始终无法令企业满意。因此，探索研究搅拌设备的混合机理，发挥搅拌设备的实效价值，提高生产效率，节约生产成本，对我国的建材、冶金、环保等各行业的发展具有重要的意义。 离散单元法（DEM）研究颗粒的运动行为，能够提供丰富的颗粒受力、运动等方面的信息，为处理搅拌机内物料混合运动的可视化问题提供了一个可行的方法。本次研究以立式紊流搅拌机为对象，基于DEM（离散单元法）技术对粉煤灰和污泥物料在搅拌筒体内的混合过程进行研究，探索搅拌机结构参数、操作参数以及物料特性等因素对混合特性的影响，为搅拌机的结构改进和操作运行等工作提供理论支撑和技术指导。主要研究内容及成果如下： （1）分析颗粒物料的混合特性，对颗粒物料混合的基本方式进行总结，讨论并选取了合适的混合均匀性评价方式。 （2）分析立式紊流搅拌机的结构组成及工作原理，建立简化的搅拌机物理模型，确定关键的模拟参数，选择Hertz-Mindlin with JKR黏性力模型作为颗粒间的接触模型，并进行了实验验证，证明该模型能够用于模拟粉煤灰和污泥等的黏性湿颗粒系统。 （3）分别改变立式紊流搅拌机的加料方式、搅拌筒体倾角、搅拌叶片倾角、搅拌轴转速以及物料填充率等参数，分析不同状况下的颗粒物料混合情况，综合考虑各因素的影响，并从中选取了较好的参数。 （4）通过改变湿颗粒间黏性大小和颗粒粒径，分析湿颗粒间黏性力和颗粒粒径对颗粒混合效果的影响。结果表明：颗粒间的黏性力对局部区域的颗粒运动混合特性有影响，但是对整体颗粒系统混合度的影响不大，颗粒粒径在一定范围内对混合效果影响较小。 （5）与德国爱立许公司R08W型实验样机所做的黏土颗粒搅拌实验做对比，通过比较黏土物料在搅拌筒体内的运动特性，同时根据阻力矩的变化，得出了搅拌轴和搅拌筒体有用功率的变化情况，证明了本次数值模拟结果的正确性，能够为立式紊流搅拌机的结构设计和操作运行等提供理论支撑和技术指导。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题概述

1.2 基于DEM的颗粒混合研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 本章小结

第2章 搅拌机混合机理与研究方法

2.1 混合机理分析

2.2 混合均匀性评价标准

2.3 本章小结

第3章 立式紊流搅拌机离散单元法数值分析

3.1 物理模型及模拟参数分析

3.2 接触模型的选择与验证

3.3 本章小结

第4章 立式紊流搅拌机关键参数研究

4.1 加料方式混合特性分析

4.2 搅拌筒体倾角影响分析

4.3 搅拌叶片倾角影响分析

4.4 搅拌轴转速影响分析

4.5 物料填充率影响分析

4.6 本章小结

第5章 颗粒特性对混合均匀性的影响研究

5.1 颗粒黏性的影响分析

5.2 颗粒大小的影响分析

5.3 本章小结

第6章 模拟结果与实验的对比

6.1 实验条件

6.2 颗粒运动对比分析

6.3 转矩及功率分析

6.4 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录 作者攻读硕士学位期间发表的论文