流化床式气流磨喷管流场的研究

摘要

气流磨是目前制备超细粉体材料的主要技术和方法之一,气流磨能制备较高纯度的超细粉体材料。流化床式气流磨是气流磨中最为先进的设备。流化床式气流磨是通过拉瓦尔喷管将压缩空气体加速成超音速气流,喷入粉碎室。物料颗粒在高速气流的作用下被加速,在喷管射流的交汇处发生相互冲击碰撞、摩擦,从而达到粉碎目的。
　　 拉瓦尔喷管是产生超音速气流的关键部件。要想使压缩空气通过拉瓦尔喷管加速成为速度和马赫数较大的超声速气流,拉瓦尔喷管必须有合理的内腔形状,喷管入口截面和出口截面之间的气流压力差必须有合适的值。在拉瓦尔喷管入口截面和出口截面气流压力一定的情况下,拉瓦尔喷管内腔形状设计的优劣决定了流化床式气流磨的整体性能。本论文研究的目的就是设计合理的拉瓦尔喷管内腔形状,使压缩空气通过拉瓦尔喷管加速为速度和马赫数较大的超声速气流,充分粉碎物料颗粒,提高生产效率,降低生产成本。
　　 本论文以东北大学材料与冶金学院实验室的QLM-Ⅱ型流化床式气流磨喷管为研究对象。运用流体力学和气体动力学的相关基本理论确定拉瓦尔喷管入口截面的气流参数；用气体一维定常等熵理论对拉瓦尔喷管内的气体流场进行研究,研究喷管内气流的运动状态和气流运动状态的影响因素,确定产生超声速气流的条件,建立喷管内气体流场的关系式；运用FLUENT软件对拉瓦尔喷管内的气体流场进行仿真；确定合理的气体滞止压力值和喷管背压值,设计拉瓦尔喷管内腔形状,使拉瓦尔喷管出口截面气流为速度和马赫数较大的超声速气流；对喷管射流进行研究,运用气体射流的基本理论对喷管射流进行计算,运用FLUENT软件对喷管射流进行仿真,确保压缩空气通过拉瓦尔喷管加速成为超声速射流;通过对喷管射流的研究,验证压缩空气通过拉瓦尔喷管加速成为超声速射流,拉瓦尔喷管内腔形状设计满足流化床式气流磨的生产要求。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.1.1 气流磨的发展

1.1.2 流化床式气流磨的工作原理

1.2 流化床式气流磨喷管研究的现状

1.3 课题研究的内容

1.4 课题研究的意义

第2章 喷管内气体流场的理论研究

2.1 引言

2.2 相关的气体理论

2.2.1 气体一维定常流动的基本理论

2.2.2 气体一维定常流动的基本方程组

2.2.3 气体一维定常等熵流动的基本方程

2.2.4 气体一维定常等熵流动的三种状态

2.2.5 气体一维定常等熵流动气流参数的常用关系式

2.3 管道内气流运动的基本理论

2.3.1 气流参数与管道截面积的关系

2.3.2 拉瓦尔喷管的性能参数和流动特性

第3章 拉瓦尔喷管内气体流场的仿真

3.1 引言

3.2 确定拉瓦尔喷管内腔形状和气流参数

3.2.1 确定拉瓦尔喷管入口截面的气流参数

3.2.2 确定喷管喉部直径和出口截面直径

3.2.3 拉瓦尔喷管其它尺寸的确定

3.3 拉瓦尔喷管内气体运动的仿真

3.3.1 流体仿真软件简介

3.3.2 喷管流场仿真过程

3.3.3 喷管流场仿真结果的分析

第4章 拉瓦尔喷管内腔形状的设计

4.1 引言

4.2 确定产生超声速气流的压力值

4.2.1 确定合理的滞止压力值

4.2.2 确定合理的喷管背压值

4.3 确定合理的喷管内腔

4.3.1 确定合理的收缩半角值

4.3.2 确定合理的扩张半角值

4.3.3 确定合理的过渡圆角半径

4.3.4 确定合理的出口截面直径

4.3.5 确定合理的稳定段长度值

4.4 确定喷管内腔形状

第5章 拉瓦尔喷管射流的研究

5.1 引言

5.2 建立射流的计算公式

5.2.1 射流的基本理论

5.2.2 确定喷管射流初始段的计算模型

5.2.3 建立激波计算公式

5.3 射流初始段气流参数的计算

5.3.1 Ⅲ区气流参数的计算

5.3.2 Ⅰ区气流参数的计算

5.3.3 Ⅱ区气流参数的计算

5.4 喷管射流的仿真

第6章 结论与展望

参考文献

致谢