XK-200型涡轮分级机内部流场的数值模拟研究

摘要

涡轮分级机作为一种特殊的流体机械，是“超微粉体材料”制备的主要工艺设备，在超微粉体加工和分级方面有着极为重要的作用。为了改进涡轮分级机的性能，进行优化设计，必须首先对分级机内部流场的分布情况进行研究。涡轮分级机的内部流动是“气-固”两相流动，其内部流场相当复杂，采用实测手段在技术上是非常困难的，因此非常有必要探索采用流场数值模拟研究手段来对分级机内部流场进行模拟研究。 本文分析了国内外涡轮式气流分级机的研究开发状况及存在的主要问题，结合某单位新研制的XK-200型涡轮式气流分级机的需要，探索采用全流道流场数值模拟方法来研究涡轮式气流分级机内部流场。根据其内部流场分布的特点，进行分级机流道的优化设计、设计方案评估优化及工艺参数(如分级机进出口压力、二次风的进风量等)的优化等。 结合XK-200型涡轮式气流分级机的研究开发，本文完成如下相关研究分析工作： (1)研究分析XK-200型涡轮式气流分级机的结构、工作原理及其特点。对分级机原初步设计方案模型的流道形状分析，发现原初步设计模型分级区内存在突变过流断面。通过内部流场数值模拟证实了原初步设计方案分级区流道设计不合理。 (2)为消除突变过流断面和优化流道，提出了二个流道修改设计方案，对包括原初步设计方案在内的三个分级机分级区流道建立几何模型，运用GAMBIT建立数值模拟前处理。 (3)由于分级机是一种“气-固”两相流体机械，运用两相流来计算整个分级机的内部流场相当困难。考虑到分级机的运行特点，其气相场已能反映出整个分级机内部流场的流动情况，对流动模型进行简化，采用气相单相流的流场计算分析分级机内部流场。 (4)为了优选设计方案，在三种方案模型的边界条件、求解控制参数等均采用相同设置条件下，应用商用软件FLUENT对XK-200型涡轮式气流分级机的三种方案模型进行流场的数值模拟分析。 (5)为确定出三种方案中的最优设计，对分级机喷嘴出口产生的超音速速度大小、喷嘴出口到混合区中心速度的哀减情况及分级区内三维分速度(轴向速度、径向速度和切向速度)的分布情况进行分析比较，以确定出最优设计方案。 通过将数值模拟研究结果与合作单位的试验结果比较表明：分级机内部流场数值模拟可以辅助判断粗细颗粒的分散和分级等问题，是分级机设计成功的关键技术；内部流场数值模拟可为设计高精高效的高性能气流式涡轮分级机提供一定的理论依据。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

2 XK-200型涡轮式气流分级机简介及其方案设计

3 XK-200型涡轮式气流分级机网格离散模型的建立

4分级机内部流场的数学模型及数值模拟方法

5流场数值模拟结果分析及流道方案优选

6总结与展望

参考文献

作者在读期间发表的论文

申 明

致 谢