乳胶制品输送用环形喷射器的设计与优化

摘要

喷射器输送物料时由于动力来源方便，使用环境要求低，广泛的应用于煤矿化工、农牧渔业、工业自动化等领域。与常用的输送颗粒状物料的中心喷射器相比，环形喷射器吸入通道无阻碍，因此非常有利于大块物料的输送。为此，本文对应用于乳胶制品输送的环形喷射器进行了研究，期望达到的目标有:揭示环形喷射器内部流动特点;实现安全套的顺利输送;设计出高性能的环形喷射器。围绕上述目标，本文所做的工作和研究成果如下:
　　首先，建立了环形喷射器的三维数值计算模型，分析了变工况下喷射器的流场特性，结果显示，随着供气压力的增大，吸料口的真空度逐渐增大，喷射系数逐渐减小。接着利用试验验证了数值模型建立的有效性及乳胶制品输送过程中姿态调整的可行性，针对试验中某些工况下样品贴在内壁上的现象，确定了以改善速度分布均匀性、提高吸料口的真空度作为后续结构改进及优化的方向。
　　其次，对流道结构进行改进，使得流场均匀性得到改善，同样工况下吸料口的真空度得以提高。在确定的流道结构和供气压力下，研究了结构参数对喷射器性能的影响，得到了结构参数的较优组合。从单个变量来看，当射流角度依次在7°、15°、23°、30°变化时，喷射系数与真空度都随射流角度的增大而减小;当环形喷嘴间隙从0.5mm增大到3mm时，喷射系数逐渐减小，而真空度在1.5mm左右达到最大;在结构满足的情况下，混合管直径的增大会引起喷射系数和真空度的增大;当混合管的长径比在2.5左右时，工作流体和引射流体混合充分，抽吸特性较好。
　　最后，在包含较优值的区间内通过正交试验与BP神经网络相结合的方法建立了结构参数与真空度的非线性映射关系。将Fluent数值模拟得到的新样本与BP神经网络预测的样本进行比较，两者的最大相对误差为7.16％，满足工程需求。通过控制步长的方法结合已建立的BP神经网络对真空度的最大值进行搜索，在找到最大真空度的同时获取了喷射器的最优结构参数。与单参数优化结果相比，神经网络优化后真空度的最大值提高了10.6％。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 乳胶制品姿态调整研究现状

1．2．2 喷射器研究现状

1．3 研究现状分析

1．3．1 研究方法

1．3．2 主要研究内容

第二章 喷射器的理论分析及结构设计

2．1 喷射器理论分析

2．1．1 喷射器结构及工作原理

2．1．2 喷射器主要性能参数及能量损失

2．1．3 喷射器内部流动分析

2．1．4 喷射器的控制方程

2．2 喷射器结构设计

2．2．1 附壁效应原理及应用

2．2．2 环形喷射器结构设计

2．3 本章小结

第三章 环形喷射器内流场分析及试验验证

3．1 计算模型及网格划分

3．2 基本属性及边界条件确定

3．2．1 求解器选择

3．2．2 湍流模型选择

3．2．3 边界条件设置

3．3 模型求解

3．4 仿真结果分析

3．4．1 喷射器流线图

3．4．2 供气压力对内流场的影响

3．4．3 供气压力对外特性的影响

3．5 试验验证

3．6 环形喷射器存在的问题及分析

第四章 环形喷射器流道结构改进及结构参数研究

4．1 环形喷射器流道结构的改进

4．1．1 改进后喷射器流线图

4．1．2 内流场对比分析

4．1．3 外特性对比分析

4．2 环形喷射器结构参数的研究

4．2．1 射流角度对喷射器性能的影响

4．2．2 环形喷嘴间隙对喷射器性能的影响

4．2．3 混合管直径对喷射器性能的影响

4．2．4 混合管长度对喷射器性能的影响

4．3 本章小结

第五章 基于BP神经网络的环形喷射器结构参数优化

5．1 BP神经网络

5．1．1 神经网络概述

5．1．2 BP神经网络的学习规则

5．1．3 BP神经网络的训练方法

5．2 BP神经网络设计

5．2．1 基于正交试验法的训练样本的获取

5．2．2 BP神经网络的构建

5．2．3 BP网络模型的验证

5．3 基于BP神经网络的结构参数优化

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

参考文献