双锥型混合器内颗粒混合及增混机理研究

摘要

粉体作业有着数千年以上悠久的传统实践历史，其中，粉体的混合在众多工业生产中都是一个非常重要的单元操作。颗粒体系是一个典型的复杂系统，对于颗粒混合，目前主要是以宏观实验研究为主，而对混合器内部颗粒的微观运动特性和混合机理的研究相对不足。近年来，随着计算机技术的飞速发展，离散单元法(Discrete Element Method，DEM)成为解决此类非连续介质散体力学问题的有效数值方法。
　　 本文以常用的回转型混合器--双锥型混合器为研究对象，采用离散单元方法研究了其内部颗粒的流动特性和混合特性；考察了在滚筒混合器内设置内构件的增混特性和机理，并基于此考察了在双锥型混合器内设置内构件的增混效果。研究内容主要包括以下几个方面：
　　 (1)滚筒混合器内颗粒混合特性及内构件增混机理研究。采用离散单元法对滚筒混合器内两种不同大小颗粒的相互混合与分离进行了微观动力学研究，并考察混合器内分别设置“一”字形、“十”字形和“+”形三种挡板，及挡板尺寸与混合设备直径比(尺寸比)对混合效果的影响。结果发现当滚筒内含内构件时，颗粒的离析现象会得到很大程度的抑制；三种挡板均能增强混合，并且“十”字形是最佳选择。
　　 (2)双锥型混合器内混合特性的三维数值模拟研究。分析了双锥型混合器内均一粒径颗粒的流动和混合特性，模拟了混合器旋转速度和装料方式对混合特性的影响；并研究了填充率对非等粒径二元颗粒体系混合效果的影响。
　　 (3)双锥型混合器内设置挡板对二元粒径颗粒混合的增混效果研究。考察了在双锥型混合器内设置“十”字形挡板对抑制颗粒径向分离的作用；进一步提出在混合器内设置“十”字倾斜挡板，研究了挡板宽径比对沿轴向的颗粒混合的增混效果以及增混机理。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

致谢

1绪论

1.1 引言

1.2 研究进展

1.2.1 颗粒混合与分离研究现状

1.2.2 离散单元法发展现状

1.2.3 双锥型混合器研究现状

1.3 本文的研究目标、研究思路和研究内容

1.3.1 本文的研究目标

1.3.2 本文的研究思路

1.3.3 本文的研究内容

2 颗粒混合的离散单元法模型和算法

2.1 离散单元法模型

2.1.1 三方程线弹性接触模型

2.1.2 数值模拟参数的选取及计算

2.1.3 自行开发的三维颗粒离散元程序软件DEMLab

2.1.4 离散单元法数值模拟流程

2.2 昆合效果评价分析

2.2.1 混合指数

2.2.2 增混系数

3 滚筒混合器内颗粒混合及增混机理

3.1 概述

3.2 数值实验条件

3.3 结果分析

3.3.1 无挡板滚筒内颗粒混合情况

3.3.2 设置“一”字形挡板滚筒内颗粒混合情况

3.3.3“一”字形与“十”字形挡板颗粒混合情况对比

3.3.4 挡板臂数对混合的影响

3.4本章小结

4 双锥型混合器内颗粒混合特性的数值模拟

4.1 概述

4.2 数值模拟参数确定

4.3 混合器转速对均一粒径颗粒混合的影响

4.3.1 数值模拟参数

4.3.2 混合器内的颗粒运动

4.3.3 局部速度场分布

4.3.4 混合指数分析

4.4 双锥型混合器内沿轴向颗粒混合特性

4.5 填充率对二元粒径混合特性的影响

4.5.1 混合器内的填充率

4.5.2 填充率对二元粒径颗粒体系混合特性的影响

4.6 本章小结

5 双锥型混合器内颗粒增混的模拟研究

5.1 概述

5.2 设置“十”字形挡板

5.2.1 数值实验条件

5.2.2 模拟结果分析

5.3 设置“十”字倾斜挡板

5.3.1 数值实验条件

5.3.2 模拟结果分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 今后工作展望

参考文献

作者简历

在学期间发表(含录用)论文