基于CFD的陶瓷干法制粉造粒室挡板数目优化

为研究造粒室底部挡板数目对干法制粉混料过程的影响,构建了欧拉-欧拉气固两相流数学控制方程,建立不同挡板数目物理模型,采用修正后的RNGk-ε模型模拟造粒室内湍流情况,对不同挡板数目的干法制粉造粒室内的流场进行数值模拟,分析了不同挡板数目的造粒室内颗粒体积分布、速度场、湍动能、湍动能耗散的差异,并将数值模拟与实验进行对比。结果表明:挡板数目对混料过程有一定影响,分布适当挡板数目能够提高颗粒体积分布、改善合成速度,具有良好的湍动能及湍动能耗散,有利于促进颗粒混合;带挡板的造粒室流场分布优于无挡板造粒室,挡板数目增加时,造粒效果随着挡板数目的增加先增强后减弱;当挡板数目为4片时,颗粒体积分布达到了72%,堆积现象有较大改善,速度较好,耗散情况得到改善,有利于造粒室内流体介质的有效混合;当挡板数目分别为0、2、4、6片时,颗粒的合格率分别为82%、84%、90%、85%,处于30~60 mesh之间的优良颗粒分别占58%、62%、71%、64%;实验结果验证了数值模拟的正确性,为旋转流场式造粒设备的结构优化和设计提供了一定的理论指导。     

挡板对陶瓷干法造粒气-固两相流混合过程的影响

为探究陶瓷干法造粒气-固两相流混合过程挡板对粉体混合效果影响,构建欧拉气-固两相流模型分析空气与粉体相互作用,简化造粒区域并建立粉体混合过程三维物理模型,采用滑移网格法、多重参考系法模拟造粒室旋转运动,修正RNG离散模型分析湍流状态.根据径向及轴向粉体体积分数分布、速度场探究不同挡板对粉体混合影响,并改进挡板位置和结构以提高粉体混合程度.结果表明:当造粒室内分别含矩形壁挡板、矩形底挡板、半圆形壁挡板时,粉体轴向体积分数高于0.27的区域分别占总面积29％、40％、37％;粉体径向体积分数高于0.29的区域分别占总面积24％、15％、33％;粉体轴向平均速度分别为0.4 m/s、0.5 m/s、0.6 m/s;对不同粒径的粉体进行密度测定实验,当造粒室内含矩形壁挡板时,粉体密度基本为1.9 g/cm3,一致性较好.该结果显示矩形壁挡板造粒室内的粉体堆积程度最低,粉体混合性能最优,该模型及结果能够有助于提高对陶瓷干法造粒室气固两相流流场的理解,并对造粒室挡板设计优化提供一定理论指导.     

十字形挡板造粒室内干法制粉混料过程数值模拟

为改善干法制粉造粒室内颗粒混合特性,使其具有良好的造粒效果.采用计算流体力学方法,构建欧拉-欧拉双流体模型,对气固两相流场进行数值模拟,分析了十字形挡板造粒室内的压力场、速度场及颗粒体积分数,并结合实验与数值结果进行对比.结果表明:底部加装十字形挡板后,造粒室底部的压力分布状况更为均匀,提高了造粒室内颗粒整体速度;十字形挡板造粒室内颗粒体积分布达到71％,颗粒能够充满造粒室大部分区域,改善了底部颗粒堆积现象;颗粒合格率提高了6.9％,流动性指数提高了6;实验结果验证了数值模拟的正确性,十字形挡板造粒室有利于促进颗粒混合,提高了颗粒的合格率及流动性,造粒效果更优.     

挡板结构对陶瓷干法造粒室内粉体混合效果的影响

为研究干法造粒室中挡板结构对粉体混合效果的影响,通过构造欧拉两相流模型模拟粉体与空气的相互作用,采用k-epsilon RNG离散模型模拟湍流情况,采用滑移网格法和多重参考坐标系法分别求解动区域和静区域流场,分析了在造粒室内分别加装三种结构的挡板后对颗粒体积分数和速度场的影响.结果表明:当挡板横截面分别为长方形、三角形和半圆形时,颗粒体积分数径向云图显示体积分数小于0.31的面积占比分别约为26％、18％、2％;体积分数大于0.37的面积占比分别约为1％、15％、27％;颗粒速度大于0.54 m/s的面积占比分别约为45％、20％、40％;颗粒轴向速度大于0.4 m/s的面积占比分别约为80％、40％、35％.该结果显示长方形挡板造粒室更有利于促进粉体混合,提高粉体流动性.     

陶瓷干法造粒搅拌槽结构对粉体混合效果的影响

为探究圆柱形和双层正八边形陶瓷干法造粒搅拌槽对粉体混合效果的影响.采用欧拉-欧拉方法构建气-固两相流混合过程计算模型,简化搅拌槽模拟区域并通过有限体积法建立空气-粉体混合过程物理模型,利用CFD方法对两种搅拌槽内流场进行数值计算,分析粉体体积分布与速度场,对比搅拌槽结构对粉体混合效果的影响,同时通过实验分析颗粒级配与流动性.结果表明:当搅拌槽为圆柱形时,槽壁区域形成回转抛物面,底部两侧槽底出现搅拌死角,粉体堆积度为12％;当搅拌槽为双层正八边形时,槽壁与两侧槽底湍流强度高,无回转抛物面与搅拌死角,粉体堆积度为4％.实验测得两种结构搅拌槽内有效颗粒百分比分别为71％、84％,流动性指数分别为60.66、75.5,侧面验证了数值模拟的正确性.双层正八边形搅拌槽相对圆柱形搅拌槽可有效提高粉体混合效果.     

陶瓷墙地砖干法造粒制粉效果与立柱长度分析

针对不同立柱长度对陶瓷墙地砖干法造粒制粉效果的影响,以可塑性粉体、瘠性粉体、熔剂性粉体为主要原料,基于不同立柱长度采用陶瓷干法造粒制粉工艺制备坯料颗粒,研究立柱长度对坯料颗粒的有效颗粒质量百分比、级配分布、流动性指数及喷流性指数的影响,并进行数值模拟仿真分析验证实验结果正确性。实验结果表明:当立柱长度分别为14 cm、16 cm、18 cm、20 cm、22 cm时,有效颗粒质量百分比依次为81.8%、86.7%、92.5%、89.2%、87.6%,颗粒流动性指数依次为67.0、71.0、84.0、79.0、67.0,颗粒喷流性指数依次为71.0、69.0、67.0、73.5、76.5。数值仿真结果表明:当立柱长度分别为14 cm、16 cm、18 cm时,造粒过程中坯料颗粒分布体积约占造粒室体积的一半,此时造粒室底部堆积较少颗粒;当立柱长度为20 cm、22 cm时,造粒过程中坯料颗粒分布体积约占造粒室体积的一半,此时造粒室底部堆积较多颗粒。综合分析可知:所造坯料颗粒的有效颗粒最大质量百分比、流动性指数、喷流性指数依次为92.5%、84.0、69.0,均为该操作下的造粒效果最优值,此时造粒过程中坯料颗粒分散度最好,坯料颗粒的有效颗粒质量百分比最大、级配分布最均匀、流动性和喷流性最好,造粒效果最佳。     

立柱分布对陶瓷干法造粒混料过程的数值模拟

为研究陶瓷干法造粒机立柱分布对混料过程的影响,以造粒立柱为研究对象,采用有限体积法构建欧拉-欧拉双流体数理模型,模拟不同立柱分布方式的混料过程,分析了颗粒轴向体积分布、径向体积分布与颗粒速度场,同时通过实验验证仿真结果的正确性。结果表明:当立柱分布分别为菱形、圆形、正方形时,轴向云图显示颗粒体积分数大于0.20区域分别约占16%、9%、19%;径向云图显示颗粒体积分数在0.225以上区域面积分别约占70%,30%,55%;速度云图显示颗粒运动速度在0.10-0.15低速区域分别约占总面积的32%、18%、38%。综合分析可知:立柱分布对陶瓷干法造粒混料过程具有一定的影响,且通过实验验证了立柱呈圆形分布时,相比另外两种立柱分布,颗粒堆积度低,流动性好,有效颗粒占比大,混料效果最佳。     

陶瓷干法造粒过程温度场对造粒效果的研究

针对陶瓷干法造粒机造粒过程温度场对造粒效果的影响,结合实验与数值模拟对比分析造粒过程温度场对造粒效果的影响.基于CFD方法建立模拟造粒过程温度场的数学模型,模拟造粒过程中温度场随时间变化情况,并实验测得造粒室温度值、造粒成品率随时间变化情况.仿真结果与实验数据对比表明:当造粒时间为7 min时,仿真结果显示造粒室内的温度值都低于80℃,实验测得颗粒成品率占整体颗粒质量的56％;当造粒时间为9 min时,仿真结果显示造粒室内温度值高于80 ℃的区域占造粒体积3％,实验测得颗粒成品率占整体颗粒质量的72％;当造粒时间为11 min时,仿真结果显示造粒室内温度值高于80℃的区域占造粒体积21％,实验测得颗粒成品率占整体颗粒质量的61％.仿真结果与实验数据对比分析说明:当造粒室内温度值高于80℃时,将在一定程度上降低造粒的成品率.     

基于FLUENT的干法造粒机搅拌器的结构优化

为了研究陶瓷干法造粒机搅拌器结构对造粒效果的影响,利用fluent基于欧拉双流体模型建立搅拌器的数学模型,用有限体积法求解,模拟造粒60 s时的颗粒的体积分布。结果表明:当搅拌器叶片分布在铰刀下方时颗粒分散性最好,造粒效果更好。     

陶瓷墙地砖干法制粉造粒立柱与颗粒均匀度的影响

针对陶瓷墙地砖干法制粉造粒立柱对颗粒均匀度的影响.基于不同的造粒立柱几何参数,采用干法制粉制备颗粒,分析造粒立柱对颗粒均匀度的影响;同时基于CFD方法构建陶瓷墙地砖干法制粉混料过程欧拉-欧拉双流体模型,数值模拟验证实验的正确性.实验检测表明:当造粒立柱几何参数依次为6 mm、7 mm、8 mm、9 mm、10 mm时,对应制备颗粒最大均匀度为4.81、4.97、5.23、5.17、4.99,颗粒平均均匀度为4.71、4.85、4.98、4.87、4.83.数值模拟表明:当造粒立柱几何参数依次为6 mm、7 mm、8 mm时,粉体的分散性逐渐变好,团聚现象逐渐消失;当造粒立柱几何参数依次为9 mm、10 mm时,粉体的分散性逐渐变差,团聚现象逐渐明显.综合分析说明:造粒立柱几何参数为8 mm时,颗粒均匀度最大,粉体分散性最好,团聚现象不明显,且实验检测与数值模拟基本相吻合.     

陶瓷墙地砖干法造粒过程坯料粉体成形与造粒室转速的影响

为分析陶瓷墙地砖干法造粒过程坯料粉体成形与造粒室转速的关系.基于欧拉-欧拉双流体模型模拟陶瓷干法造粒混料过程数理模型,同时对坯料粉体粗糙度、粉体级配及粉体流动性指数进行实验分析,验证数值模拟的正确性.当造粒室转速分别为120 RPM、140 RPM、160 RPM时,坯料粉体体积分布大小基本保持不变,坯料粉体均匀性和分散性逐渐变好,团聚现象逐渐消失;当造粒室转速分别为180 RPM、200 RPM时,坯料粉体体积分布大小仍基本保持不变,坯料粉体均匀性和分散性逐渐变差,团聚现象逐渐明显.实验结果表明:当造粒室转速分别为120 RPM、140 RPM、160 RPM、180 RPM、200 RPM时,坯料粉体粗糙度系数平均值依次为1.79、1.77、1.68、1.74、1.78;粉体级配百分比依次为73％、77％、89％、80％、72％;流动性指数依次为63.54、66.95、69.75、68.32、67.21.综合分析说明:造粒室转速为160 RPM时,坯料粉体均匀性和分散性良好,且无明显团聚现象,此时坯料粉体粗糙度系数平均值最小、粉体级配百分比最高、流动性指数最大,即造粒效果最好.     

多维度耦合氮化硅陶瓷轴承粉粒制备效果与制粒结构分析

针对氮化硅陶瓷轴承粉粒混合不均、分散性差、颗粒成形不规律的问题,提出利用CFD-DEM耦合的数值分析方法构建欧拉-欧拉气-固两相流模型分析气体与粉体的相互作用.采用RNGk-ε模型模拟耦合场制粒室内的湍流状态,探索多维度组合结构对耦合场制粒工艺过程流场的影响.结果表明:当底结构长度为35 mm时,多维度组合结构更有利于...     

无挡板CSTR内部流场及颗粒分布的CFD模拟研究

为探究无挡板连续搅拌式反应釜（CSTR）内部流场分布及颗粒运动情况,采用计算流体力学（CFD）,在欧拉-拉格朗日模型的基础上对三种搅拌釜工况进行了研究分析。同时,探讨了粒径为100,300和500μm的颗粒在各个工况下的混合情况。研究表明：在时间为0～100 s时,初始搅拌釜内颗粒的平均速度相较于初始时增加了39.22%,达到了1.479 7 m/s,搅拌釜内的流场平均速度为1.737 2 m/s,颗粒的平均速度与流场速度呈现相近的趋势;搅拌桨位于罐内中间位置时,颗粒分布最为均匀;采用双层搅拌桨时,颗粒速度得到了显著的提升,最大颗粒速度可达到4.238 3 m/s。     

陶瓷墙地砖干法造粒机主轴偏心率对造粒效果的研究

针对陶瓷墙地砖干法造粒制粉存在的颗粒级配分布不均匀的现象,搭建试验平台研究主轴偏心率对造粒过程中颗粒级配的影响,同时基于欧拉-欧拉模型模拟造粒过程颗粒的分散性及验证实验结果的可靠性,优化主轴偏心率。实验结果表明:当偏心率为0.15、0.25、0.35时,颗粒的有效质量百分比依次为79.5%、85.5%、79.4%,且当偏心率为0.25时,颗粒级配均匀性最佳。同时数值模拟结果表明:当偏心率为0.15、0.25、0.35时,颗粒在造粒室形成的堆积度依次分别为7%、3%、11%,说明实验结果与数值模拟基本相吻合,验证了实验的可靠性,表明主轴偏心率为0.25时造粒效果颗粒的级配均匀性最佳。     

陶瓷干法制粉机搅拌轴偏心距对颗粒分散性的影响

针对陶瓷干法制粉机制粉过程中颗粒的分散性问题,基于双流体模型模拟分析制粉过程颗粒的分散性及实验验证模型的可靠性.鉴于陶瓷干法制粉机建立物理模型并通过CFD软件模拟制粉过程,模拟研究搅拌轴偏心距在制粉过程中对颗粒分散性的影响.模拟结果表明:当偏心距为20 mm、30 mm、40 mm时,颗粒的体积占造粒室体积依次为53％、54％、52.5％,分布在颗粒堆积密度为0.4 kg/m3以上范围内的颗粒体积占造粒室体积分别为10％、3％、6％,说明搅拌轴偏心距对整体颗粒的体积分布大小影响较小,但对堆积密度大的颗粒体积分布影响较大,且在搅拌轴偏心距为30 mm时颗粒的分散性最佳.同时模拟结果与实验数据趋势相吻合,验证了模型的可靠性,表明搅拌轴偏心距为30mm时制粉过程中颗粒的分散性最佳.     

水平管道水合物浆液流动特性的数值模拟

基于欧拉双流体模型,结合颗粒动力学理论,研究不同水合物颗粒体积分数、不同流速下非均匀颗粒水合物浆液流动过程中水合物颗粒聚集行为、流动压降及浆液速度分布。结果表明:浆液流动压降主要受流速影响,速度越大压降越大。颗粒体积分数在20%—35%,压降变化很小,当颗粒体积分数达到55%时,压降明显变大。水合物颗粒聚集程度随流速增大而降低,低水合物颗粒体积分数下,颗粒聚集呈悬浮状。随颗粒体积分数增大,水合物颗粒呈堆积状聚集,易造成管道堵塞;水合物浆速度梯度随颗粒体积分数增大而增大。随流速增大,速度由非对称变成对称分布,出现较大的速度梯度。保障水合物浆稳定安全流动存在一个临界颗粒体积分数和经济流速。数值模拟为水合物浆液管道输送技术的研究提供理论参考。     

二氧化硅喷雾造粒粉体的热处理

研制了一种以SiO2为基体的高温可磨耗封严涂层，为了改善二氧化硅喷雾造粒粉体的性能，研究了热处理工艺对粉体松装密度、流动速度及粒度分布的影响：结果表明，热处理过程中伴随着SiO2颗粒的烧结，热处理温度对粉体性能的影响较热处理时间更为显著，随着温度的升高，喷雾造粒SiO2球逐渐烧结，粉体粒度减小，松装密度增加，流动性提高，采用1000～1050℃、30～60min的工艺对粉体进行热处理能够获得最优的粉体性能。     

细颗粒物在旋风分离器内流动特性

为了研究操作条件和颗粒特征对细粉体颗粒在旋风分离器中流动状态的影响,文中采用欧拉-拉格朗日方法对细颗粒在旋风分离器内的停留时间进行模拟计算。探究入口气速、粉体粒径和固气比对粉体在旋风分离器内的停留时间分布密度函数、平均停留时间和停留时间量纲一方差的影响。结果表明：粉体颗粒在旋风分离器内部的停留时间分布密度函数总体呈正态分布;当入口气速u=10 m/s时,粉体颗粒平均停留时间为0.40 s,停留时间量纲一方差为0.11,此时粉体颗粒平均停留时间最长,颗粒运动状态更接近平推流;在模拟工况范围内,随着粉体粒径增大,停留时间量纲一方差增大,颗粒在旋风分离器内的返混程度加剧;颗粒粒径和固气比变化对平均停留时间影响较小。     

单孔射流流化床内颗粒混合特性的数值模拟

在欧拉-拉格朗日坐标系下,采用离散单元法对单孔射流流化床内颗粒混合特性进行了数值模拟。引入混合指数对床内轴向及径向布置的颗粒混合质量进行定量分析,并研究了不同表观气速、不同弹性系数对颗粒混合特性的影响。模拟得到了颗粒轴向及径向混合序列图、气体和颗粒速度分布、整床颗粒混合指数分布、参量变化时整床颗粒混合指数分布。结果表明:流化床床层内颗粒混合速度受颗粒内循环能力和颗粒扩散能力的综合作用。单口射流喷动流化床颗粒轴向混合速度主要由颗粒内循环速度决定,颗粒径向混合速度主要由颗粒扩散能力决定。表观气速增大时,颗粒内循环速度增加,从而加快了颗粒轴向混合进程,但对颗粒径向混合影响微弱;弹性系数增大时,颗粒混合速度及混合质量均下降,并且弹性系数增大对颗粒径向混合进程影响小于颗粒轴向混合。     

单孔射流流化床内颗粒混合特性的数值模拟

在欧拉-拉格朗日坐标系下,采用离散单元法对单孔射流流化床内颗粒混合特性进行了数值模拟。引入混合指数对床内轴向及径向布置的颗粒混合质量进行定量分析,并研究了不同表观气速、不同弹性系数对颗粒混合特性的影响。模拟得到了颗粒轴向及径向混合序列图、气体和颗粒速度分布、整床颗粒混合指数分布、参量变化时整床颗粒混合指数分布。结果表明：流化床床层内颗粒混合速度受颗粒内循环能力和颗粒扩散能力的综合作用。单口射流喷动流化床颗粒轴向混合速度主要由颗粒内循环速度决定,颗粒径向混合速度主要由颗粒扩散能力决定。表观气速增大时,颗粒内循环速度增加,从而加快了颗粒轴向混合进程,但对颗粒径向混合影响微弱;弹性系数增大时,颗粒混合速度及混合质量均下降,并且弹性系数增大对颗粒径向混合进程影响小于颗粒轴向混合。