陶瓷干法造粒过程湿含量及温度场数值模拟分析与研究

摘要

陶瓷干法造粒技术可从根本上解决球磨-喷雾湿法造粒方面高能耗、高污染的问题。但当前陶瓷干法造粒机制备的陶瓷粉体颗粒存在颗粒级配难以控制、颗粒湿含量分布不均等问题，这将导致成形坯体易分层、坯体强度低、坯体表面粗糙等缺陷。因此，研究陶瓷干法造粒机对陶瓷干法造粒技术在陶瓷行业推广具有十分重要的工程意义。
　　本课题结合国家科学自然基金项目“陶瓷新型节能干法造粒机理及装备关键技术研究”（项目编号：51365018），针对陶瓷干法造粒机搅拌器结构、颗粒的湿含量以及造粒室温度场进行了数值分析，主要内容如下：
　　（1）结合计算流体力学方法，通过Solidworks软件建立叶片、铰刀三维造型，再导入GAMBIT软件和搅拌专用Mixsim软件进行前处理，从而基于CFD软件对陶瓷干法造粒机的造粒过程进行数值模拟。
　　（2）对两种结构不同的搅拌器进行数值优化分析，模拟结果表明：当搅拌器叶片分布在铰刀下方时，颗粒的分散性最好。对造粒效果好的搅拌器进一步优化叶片，比较叶片长度分别为25mm，28mm，31mm时，模拟结果表明：当搅拌器的叶片长度为28mm，造粒效果最好。
　　（3）对造粒过程颗粒的湿含量进行数值分析，模拟结果表明：雾化液滴喷雾30s时，造粒室内陶瓷粉体颗粒区域湿含量质量比约为11％，且该区域湿含量分布均匀，在一定程度上能够解决陶瓷粉体颗粒湿含量分布不均匀性问题。同时实验与数值仿真结果基本相吻合，验证了湿含量模型的可靠性。
　　（4）对造粒过程造粒室内温度场进行数值分析，模拟结果表明：造粒时间为7min、9min、11min时，造粒室内温度值≥80℃的区域占造粒室体积分别为0%、3%、21%，说明造粒时间为9min时，造粒室内温度开始出现过高现象。同时实验与数值仿真结果基本相吻合，验证了温度场模型的可靠性。
　　本课题的研究成果对陶瓷干法造粒技术的积累和改进具有一定的指导意义。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 陶瓷干法造粒机的研究现状

1.3 CFD技术在机械搅拌方面的应用现状

1.4 课题研究内容和意义

2 CFD 数值分析理论基础

2.1 CFD概述

2.2 CFD基本控制方程

2.3 CFD常用的流体数值分析方法

2.4 流体模型分类

2.5 动区域处理方法

3 干法造粒机搅拌器结构优化

3.1 模型建模过程

3.2 造粒装置搅拌器结构优化设计

3.3 造粒装置搅拌器叶片长度优化设计

3.4 本章小结

4 造粒过程湿含量数值分析

4.1 模型建立

4.2 仿真结果分析

4.3 实验分析

4.4 结论

4.5 本章小结

5 造粒过程温度场数值分析

5.1 造粒室温度场模型

5.2 模拟结果与分析

5.3 实验分析

5.4 结论

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录A：攻读硕士期间发表学术论文情况