涡流空气选粉机分级性能的研究

利用计算流体力学CFD（Computational Fluid Dynamics）商用Fluent软件对涡流空气选粉机内部气固两相流动过程进行了数值模拟研究,采用三种方法（细粉收率法、Tromp曲线法及成品R-R粒度分布曲线法）对选粉机性能进行评价,并同实际标定结果进行比较,最后分析风量和转速对选粉机分级性能的影响.结果表明：模拟预测曲线与实践结果基本吻合,验证了CFD技术在涡流空气选粉机研究过程中提供信息的可靠性,为进一步拓展CFD技术在选粉机领域中应用提供佐证;转子转速对成品细度的影响远大于风量对成品细度的影响,同风量下,转速降低14.3％,成品中大于60μm粗颗粒增加3.42倍,同转速下,风量增加59.5％,成品中大于60μm粗颗粒增加17.9％.     

铁水连续预处理涡流反应器内液固两相流动特征的数值模拟

铁水预处理技术中反应器的设计至关重要. 采用k-e湍流模型与颗粒随机轨道模型相结合的两相流动模型,数值模拟了涡流反应器内铁水、反应剂的两相流动特征. 计算结果表明,选取本研究所用的反应器几何参数和运行参数,反应剂颗粒能有效地加入铁水中,与铁水较好混合,可达到设想的加料、混合、进而进行化学反应的效果.     

涡流空气分级机内三维流场的数值模拟与测量

为了清楚地认识涡流空气分级机内部流场分布,文中利用Fluent软件建立分级机的三维模型,对其内部三维旋转流场进行了数值模拟计算,得出不同工况下分级机内部流场分布。采用激光多普勒测速仪(LDV)对转笼叶片间流场进行测量,应用测量结果来验证模拟计算结果,模拟结果与测量结果吻合。研究表明,在一定的进口风速下,当环形区靠近叶片处气流切向速度与转笼外缘切向速度相近时,存在一个临界转速使得叶片间流场最稳定,分级机分级效果最好。这为改进涡流空气分级机操作提供了理论指导。     

基于CFD的选粉机分级过程数值模拟

为研究颗粒在选粉机内的分级过程,在对颗粒受力进行理论分析的基础上,对涡流空气选粉机SLK5500分级室平面进行了稳态和非稳态的CFD数值模拟,在稳态模拟中考察了颗粒运动轨迹和分级效率,在非稳态模拟中考察了颗粒的实时运动规律。最后得出,颗粒在选粉机内的分级过程是一个概率事件,粒径较小的颗粒进入细粉的概率大,进入粗粉的概率小,而粒径较大的颗粒进入细粉的概率小,进入粗粉的概率大。通过数值模拟对颗粒的实时运动进行了仿真,为选粉机结构改造和操作参数优化提供了模拟方法和数据基础。     

立磨选粉机分级环间距对分级性能的影响

分级环间距大小是影响选粉机分级性能指标的重要因素之一。通过构建不同分级环间距的立磨选粉机模型,采用Fluent软件对SMG5500型立磨选粉机不同分级环间距下的流场特性进行研究,对比分析间距大小对速度场、压力场和分级效率的影响规律,得出最优的分级环间距,并对整机进行实验验证。数值模拟结果表明:当分级环间距过小时,大部分大于80 μm的粗颗粒都能进入转笼,使产品极易出现跑粗现象;当分级环间距过大时,大部分小于80 μm的颗粒不能进入转笼,这使得选粉机的循环负荷加大,选粉效率受到了极大的限制;当分级环间距为110 mm左右时,SMG5500型立磨选粉机的分级性能最优。     

入风口配置对SLK涡流选粉机预处理系统影响的数值模拟

物料分级效率及分级精度是提升选粉机性能的关键因素.以SLK选粉机为研究对象,通过对单口、对口和四口入风配置的数值模拟总结了入口配置方案对送料筒内部流场特性的影响.在颗粒受力分析的基础上提出环形入风,以此优化了预处理系统的流场特性.结果 表明,入风口配置对送料筒内流速大小、流速分布以及湍流发展等影响较大.更多面的入口能够减少气流对冲、剪切及溢出等负面行为,从而获得稳定、高速、均匀的流场特性.颗粒在散料锥处的受力分析理论上说明了流场稳定性对颗粒均匀、稳定传输的重要作用,并阐明环形入风的潜在优势.此外,对散料锥处代表性水平线上的数据进行监测,从而评价环形入风配置的应用前景,为水泥、矿渣等相关工艺提供理论支撑及升级策略.     

涡流空气分级机近导叶处团聚体解团机理研究

超细颗粒往往会因为黏附力形成团聚,从而限制了通过气力分级制备粒径小且分布范围窄的超细粉体。研究团聚体解团机理可为提出解团措施提供理论依据。利用EDEM二次开发功能通过颗粒工厂生成团聚体,基于FLUENT-EDEM耦合进行涡流空气分级机环形区近导叶处区域团聚体运动及其解团过程的数值模拟,研究了不同入口风速下对团聚体解团的影响程度,并揭示了团聚体在环形区近导叶处区域的解团机理。结果表明,在导叶近壁面区域气力流场的剪切力无法使团聚体解团,流场中解团是由于团聚体与固壁面碰撞而引起的。在转笼转速为1200 r·min^-1,入口风速为6、12、18、24 m·s^-1的情况下,单颗粒占比数随入口风速由71.7%增大到88.39%,而未解团的团聚体由24.8%减少到10.51%,部分解团后形成的团聚体的占比均不超过4%,表明单个团聚体在流场中解团程度较大,入口风速增大会提高环形区近导叶处粉体分级时的分散性,引入无量纲参数——相对碰撞次数验证了这一结果。     

涡流空气分级机熵产与分级性能分析

利用热力学第二定律中的熵产理论对涡流空气分级机各不可逆因素引起的熵产进行分析,通过粉料分级试验对其分级性能进行验证,获得了黏性熵产、湍流熵产和壁面熵产分布特点及操作参数对熵产和分级精度的影响规律。熵产分析结果表明,涡流空气分级机内湍流熵产和壁面熵产占总熵产的比例高达56.41%和43.11%,湍流熵产主要产生于转笼叶片间和转笼内部,进风口和细粉出口壁面剪切引起较大壁面熵产;此外,转笼转速和进口风速变化分别仅对转笼区域和切向进风口区域内气流运动熵产影响较大,进口风速-转笼转速处于8.6m/s、 800r/min和18m/s、1200r/min操作工况附近时,涡流空气分级机内总熵产/总能变化率较小,分级流场稳定性较高,对粗、细颗粒分离有利,该工况下分级机的粉料分级试验效果较好,说明熵产理论可用于涡流分级机内流动分析及其操作参数的优化匹配。     

涡流空气分级流场中颗粒运动及分布规律研究

为探究粗细颗粒在分级机内分离过程,基于颗粒-涡相互作用模型和离散元软球模型研究了涡流空气分级流场中湍流脉动对颗粒运动及切割粒径d₅₀的影响,探索了分级过程中颗粒的分布规律。湍流脉动主要影响小颗粒的运动轨迹,对大颗粒运动轨迹影响不大,对切割粒径d₅₀无明显影响;在风速12 m·s^-1,转笼转速1200 r·min^-1工况下,从径向分布来看,小于20μm的细颗粒主要分布在转笼区,接近切割粒径d₅₀的颗粒在环形区内做旋流运动,大于25μm的粗颗粒会在靠近导叶的区域聚集,由于颗粒间的相互作用导致一些较细的颗粒会掺混在这些粗颗粒中,从而产生“鱼钩效应”;从轴向分布来看,小于20μm的细颗粒主要分布在分级机内靠近顶部区域,粗颗粒会逐渐向下沉降,粒径越大沉降越快。     

气流预分散对涡流空气分级机分级性能的影响

在物料进入涡流空气分级机前采用了气流预分散装置,使物料悬浮分散并输送到分级机中。以滑石粉和石灰石粉料为原料进行分级实验,研究不同条件下气流预分散对分级性能的影响。采用激光多普勒测速仪对分级机内环形区流场进行速度测定,分析预分散气流对流场的影响。结果表明,当预分散气速大于1.1 m/s时,细粉产率、牛顿分级效率和切割粒径随预分散气速的增大而增加;在不同的系统进口风速条件下,物料预分散后,细粉产率、牛顿分级效率增加;平均粒径小的石灰石粉料其中含有的超细颗粒(<4μm)不易实现气流预分散,预分散气流可以明显地减小对分级不利的轴向速度。     

涡流空气分级机内流场分析与转笼结构改进

应用F luent软件建立传统涡流空气分级机三维模型并对其内部流场进行数值模拟,同时采用激光多普勒测速仪对分级机内流场进行测量。研究表明:当进口风速一定时,存在一个临界转笼转速使得环形区及转笼叶片间流场分布最均匀,分级性能好。改进转笼结构并进行模拟分析,新结构转笼的叶片设计成流线型,减少了气流与叶片的碰撞。模拟结果表明:与传统涡流空气分级机相比,环形区内速度分布得到了改善,新结构转笼叶片间旋涡趋势减弱,分级机内分级力场优于传统转笼。特别是转笼高速旋转时,结构改进效果更加显著。     

SLK分级机两种进风口的数值模拟与实验

在Fluent软件中选用标准的k-ε模型对分级机送料筒内气流分布进行模拟,得到两种不同进风口时的气流分布情况。分级机采用对侧进风口时,送料筒内气流运动属于对冲、挤压、压扁与转向的过程,气流分布不均。分级机采用环面进风口时,送料筒内气流运动是一个汇集、分散、转向的过程,气流分布相对均匀,有利于提高分级精度。实验研究中,保持喂料速度、系统风量、分级机转速一定的条件下,通过改变进风口面积,分别测试了两种风口在不同进口风速时的切割粒径、分级精度的变化。实验结果表明,随着风口面积的减小,进口风速增大,两种风口的分级机的分级粒径基本不变,分级精度先增大后减小。通过分级精度的对比,说明环面进风对于颗粒的分散性能较对侧面进风更为优越。     

涡流空气分级机进口风速和转笼转速匹配研究

为寻求涡流空气分级机进口风速和转笼转速的最佳匹配,利用Fluent软件对涡流空气分级机内部流场进行模拟分析,得出:当进口风速与转笼外缘的切向线速度相等或相近时流场最稳定。在流场较稳定的前提下,较高进口风速和转笼转速时,环形区湍流耗散率更大,更有利于物料的分散及分级。碳酸钙物料实验表明:转笼转速分别为800 r/min和1 200 r/min时,取进口风速分别为9 m/s和12 m/s,分级精度和牛顿分级效率都较高。其中进口风速为12 m/s,转笼转速为1 200 r/min时,分级精度和牛顿分级效率最优。该结论为利用涡流空气分级机进行分级合理调节进口风速和转笼转速提供理论依据。     

新型旋风分级器流场特性及颗粒分级性能

针对传统旋风分级器分级效率较低的难题,本文设计了一种中部进风、顶部重力进料式新型旋风分级器,利用数值模拟和试验手段对其流场特征及分级性能进行了研究。模拟结果表明,新型旋风分级器内存在若干旋涡,主气流进入分级器后形成由上、下两个旋涡构成的主分级流场,上部旋涡均为上行气流,下部旋涡为切流返转形式;二次气流形成的细颗粒淘洗旋涡具有近壁面处高转速、中心区快速上升的特点,最大轴向速度达16.5m/s,可强化对边壁处浓集颗粒的剪切分散和淘洗作用,对主分级流场切向速度影响较小,但可使其轴向速度值最大增加100%,这将缩短细颗粒的停留时间;主分级流场与淘洗流场相互作用形成分区流动,具有较明显的动态边界,为粗、细颗粒的定向分离提供了力场基础。试验表明,二次气量占比约20%,主、二次气流气速分别为14m/s和20m/s时,牛顿分级效率可达88%,分级精度指数K值最小为1.84,此时新型旋风分级器具有较高的分级精度。     

潮湿细煤气流分级机内气固两相流的CFD模拟

以CFD计算软件FLUENT为平台,采用Realizablek-着湍流模型和欧拉-拉格朗日方法的离散相模型对实验室研制的潮湿细煤气流分级机内的空气流场进行数值模拟,得到分级机中流场的气流速度、流场静压、流场湍动能的分布情况,以及不同粒径细粒煤在分级机中的运动轨迹。数值计算结果表明:分级机内多孔层的设置可造成压强和流速阶跃,增强多孔层上方区域的流速,提升气体对细粒煤的携带作用;导流板的设置使入料口到细料出口间出现了较强的流带,有利于细粒煤分离;导流板和倾斜多孔层的设置使分级机内压差最大且湍流较弱,有利于颗粒分散,实现小颗粒与大颗粒的分离,提高分级效率同时也有利于中等粒径团聚体的破碎、分散,但对大粒径团聚体的分裂破坏作用有限。     

涡流空气分级机转笼结构对其分级性能的影响

摘要：研究了涡流空气分级机底盘开口与封闭两种型式的转笼对分级指标的影响。重质CaCO₃物料试验表明：采用底盘开口转笼时,切割粒径小,分级精度低;随着分级转速增加,切割粒径对风速的敏感性下降。另外,用激光多普勒测速计测量了上述两种转笼结构的分级机环形区的流场特性,结果表明：转笼底盘开口,环形区气流出现旁路,进入转笼径向风速减小,造成分级物料切割粒径减小;底盘封闭的分级机环形区内靠近转笼处,切向风速突变增大,特别是轴向上湍流度的增大,有利于团聚物料的分散和分级精度的提高。     

涡流分级机蜗壳内水平隔板对其流场的影响

为了探究蜗壳结构对涡流空气分级机流场特性的影响,文中利用Fluent软件对蜗壳内增加不同数目水平隔板的涡流空气分级机流场进行数值模拟。研究表明:蜗壳内水平隔板数目对流场速度以及环形区湍流耗散率有不同影响,存在临界隔板数使流场轴向速度分布均匀,在本文条件下的临界隔板数为3;在蜗壳中增加水平隔板可以对转笼外柱面处切向速度产生不同影响,在文中条件下增加1—3层水平隔板可以在一定程度上减小转笼切向速度与气流切向速度的差值,从而改善转笼叶片间的惯性反漩涡;随着隔板数的增加,湍流耗散率得到显著提高,物料分散性变好;涡流空气分级机的结构设计中应当考虑水平隔板对分级流场的影响。