理论教育 数值仿真:黄玉米秸秆切碎段在叶片式抛送装置的耦合计算

数值仿真:黄玉米秸秆切碎段在叶片式抛送装置的耦合计算

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:已知条件为:叶片式抛送装置叶轮外径为700mm、叶片宽度为160mm、叶片厚5mm,叶片数为4,径向叶片,叶轮转速为1100r/min;所抛送物料为黄玉米秸秆切碎段,切碎长度为20~25mm,平均直径15.4mm,平均密度为92.1kg/m3;方形进料口边长为220mm,进料口处物料和气流速度均为11m/s;喂入量为3.79kg/s。选取Fluent软件中的DPM模型,考虑物料颗粒和气流的相互作用,采用耦合计算[46]。

数值仿真:黄玉米秸秆切碎段在叶片式抛送装置的耦合计算

已知条件为:叶片式抛送装置叶轮外径为ϕ700mm、叶片宽度为160mm、叶片厚5mm,叶片数为4,径向叶片,叶轮转速为1100r/min;所抛送物料为黄玉米秸秆切碎段,切碎长度为20~25mm,平均直径ϕ15.4mm,平均密度为92.1kg/m3;方形进料口边长为220mm,进料口处物料和气流速度均为11m/s;喂入量为3.79kg/s(此喂入量虽然不是最佳喂入量,但为了采用DPM模型,选取生产量较低,这代表第3章所建数学模型适用范围内的下限值)。将各已知参数值代入已建物料运动数学公式(3.2)、式(3.5)、式(3.6)以及式(3.9)。

选取整个叶片式抛送装置的流动空间作为计算区域(图4.1a)。在CFD的前处理软件GAMBIT中生成计算区域的实体模型,并对计算区域进行网格划分,采用适应性较强的混合网格和非结构化网格,整个区域的网格数为481169个。

进料口进入的空气及物料流量Q0=220×220×10-6×11m3/s=0.5324m3/s,其中物料颗粒所占体积为Qm=3.79kg/s/92.1kg/m3=0.04115m3/s,物料所占体积分数为Qm/Q0≈7.7%<10%,可采用离散相模型进行计算。(www.daowen.com)

采用计算流体力学软件Fluent中欧拉-拉格朗日法模拟抛送装置内的气固两相流动,即在欧拉坐标系下考察气流的运动,在拉格朗日坐标系下研究固体颗粒的运动。选取Fluent软件中的DPM模型,考虑物料颗粒和气流的相互作用,采用耦合计算[46]。首先计算气流场,进料口设为速度入口边界,气流速度为11m/s,出口设为标准大气压边界;气流场计算收敛后再创建颗粒喷射源进行耦合计算直到获得收敛解。颗粒从进料口以面射流源加入,物料速度为11m/s(与进料口面垂直),颗粒为当量直径9.6mm的球体,喂入量为3.79kg/s。

出料管中物料运动规律采用用户自定义函数(UDF,User-Defined Functions),用C语言编写,采用DEFINE宏中的离散相模型宏(DPMDEFINEmacros),即物料颗粒所受的体积力使用DEFINE_DPM_BODY_FORCE宏,各种阻力使用DEFINE_DPM_DRAG宏,物料与弯管上壁碰撞使用DEFINE_DPM_EROSION宏,使物料按照上述已建物料运动数学模型式(3.2)、式(3.5)、式(3.6)以及式(3.9)的运动规律运动。

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