叶片式抛送装置设计理论研究

抛送装置内流场数值计算的湍流与多相流模型

目前，还没有一种普遍适用的湍流模型，各种常用的湍流模型各有特点，使用时只能根据实际情况选择合适的、计算较准确的湍流模型。欧拉模型是Fluent中最复杂的多相流模型，对每一项都求解动量方程和质量方程。不考虑计算机硬件限制，欧拉模型可以模拟任意数量颗粒相的流动，但是对于复杂的多相流问题，计算稳定性也会限制求解问题的规模。稠密离散相模型 在多相流的研究中
理论教育 2023-06-18

抛送装置负载气动噪声计算与分析

抛送物料为叶片式抛送装置正常的工作状态，因此有必要对添加物料的气动噪声与空载时的气动噪声进行对比分析。负载时气动噪声的数值计算方法与空载时一致。为了进一步研究测量点气动噪声受物料的影响，由频谱图中曲线的各点数据可求得其各自的总声压级，见表7.5。表7.5 负载与空载气动噪声总声压级对比由表7.5中两种工况下测点的总声压级可知，加入物料后，入口测点处的总声压级升高，出口测点处的总声压级降低。
理论教育 2023-06-18

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]。
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监测抛送装置外壳内壁面气流和物料脉动载荷

本章采用Fluent软件计算叶片式抛送装置内部的非稳态流动，以得到外壳壁面所受到的脉动压力载荷。从压力脉动信号的功率谱密度图8.2b可以看出，外壳上受到的物料及气流脉动压力以叶轮扰动流场激励频率的基频100Hz为主，其次为2倍频200Hz及3倍频300Hz，且能量依次降低；4倍频400Hz及以后各阶倍频能量非常小。图8.2 监测点压力及功率谱密度曲线
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叶片式抛送装置气流流场数值模拟数学模型分析

叶片式抛送装置内气流流场属于湍流，在计算中选用标准k-ε湍流模型，其湍动能k和耗散率ε方程为其中湍动黏度μt可表示成k和ε的函数，即式中 Gk——由时均速度梯度而产生的湍流动能；σk、σε——k方程和ε方程的湍流普朗特常数；Sk、Sε——源项，这里是黏性应力和湍动应力。
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数值模拟结果与试验值的比较分析：一个案例研究

由图2.14可以看出计算所得到的气流速度分布趋势与试验值基本一致，只是出料直管右侧数值模拟值要比实测值稍大，而左侧数值模拟值比实测值小。A截面数值模拟值与实测值差距较大，B截面差距较小。左侧数值模拟值要比实测值小，是因为实际研制叶片式抛送装置试验台时，抛送叶轮外壳由上下两部分组成。可见，利用计算流体力学技术对叶片式抛送装置内气流流场进行数值模拟，其计算结果是可信的。
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数值模拟结果与高速摄像试验值的比较分析

图4.3 叶轮中间截面物料速度矢量分布图图4.4 A截面E线物料速度散点图2.叶片数、进料速度以及物料体积分数对抛送物料的影响分析叶片数的影响 在抛送装置内气固两相流场中，设叶轮转速为650r/min，进料口物料体积分数为0.2，进料速度为6.5m/s，分别计算叶轮叶片数为3、4和5的三种情况下的气固两相流动，分析叶片数对物料运动规律的影响，结果如图4.3所示。
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流固耦合简介

流固耦合是将流体力学和固体力学结合诞生的学科，主要探究可变形的固体结构与其所在流场的相互作用。抛送装置结构间的振动和叶片的变形会随着变化的载荷与叶片之间的耦合作用而加剧，若忽略这种耦合作用会使运算结果偏离实际，也会影响叶轮应力和变形的计算结果。单向流固耦合分析在流固耦合面处的数据单向传递，通常将在CFD中分析得到的对流载荷或者温度对应加载到固体结构上分析，但不将对固体结构分析得到的变形加载到流体中。
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叶片式抛送装置气动噪声的理论基础及优化方案

在抛送装置中，结构周期性变形属于此类声源。对叶片式抛送装置的气动噪声进行研究时主要考量远场的气动噪声，并且考虑叶片式抛送装置外壳对声波传播的影响。综上所述，运用混合声学计算方法对叶片式抛送装置的气动噪声进行预测更合适。
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参数化建模：如何自动更新整个样机模型

通过参数化建模，可以将参数值设置为可以改变的变量。在分析过程中，只需改变模型中的有关参数值，ADAMS就可以自动地更新整个样机模型。进行参数化建模时，只对变化的参数进行参数化。径向叶片时，各转速下的当量摩擦因数的平均值为0.68，而前倾叶片的当量摩擦因数比径向叶片稍大，所以对于叶片倾角只为前倾和径向的ADAMS模型，当量摩擦因数取值为0.7。
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如何确定结构优化变量？

目标函数可以通过很多方式进行构造，假设系统的前r阶频率为ωi（i=1，2，…15） 式中 mt——抛送叶轮的总质量。，k） 性能约束主要是指优化过程中要使系统满足一定的性能要求，使结构的某些性能不发生变化。研究中，为了不使叶轮结构发生太大变化，约束条件设置为使设计变量的取值在20%的范围内变化，即叶片厚度、架板厚度在±20%的范围内连续变化，架板半径数值相对较大，设置在±9%的范围内连续变化，输入参数约束条件见表6.4。
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物料沿抛送叶片运动的动力学分析及数学模型

图3.1 物料质点沿叶片滑移过程中的受力状况物料质点沿叶片滑移过程中的受力状况如图3.1所示，作用于物料质点的力有重力mg、离心力mρω2、哥氏力、叶片法向反力N以及摩擦力fN。为了建立物料质点沿叶片运动的动力学方程，做以下几点假设：1）物料与叶片之间的碰撞为非弹性碰撞。2）物料与叶片碰撞后沿叶片滑移的初速度为零。3）抛送叶片处气流对物料的作用忽略不计。
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优化参数化分析及叶片倾角与转速关系分析

优化分析即参数化分析。图5.10 设计研究对话框图5.11 叶片倾角与目标值关系分析结果报告其次，对设计变量DV_2即转速ω进行设计研究，水平数为6，标准值为3900°/s，最小值为3900°/s，最大值为8400°/s。从图5.11和图5.12可以看出
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数学模型和边界条件的建立

式（4.7）、式（4.8）中，第k相的压力应变张量为式中 μk和λk——k相的剪切和体积黏度。抛送叶轮的高速回转使得流场处于湍流状态，选择标准k-ε两方程湍流模型使方程封闭。数值模拟计算方法和边界条件设定 叶片式抛送装置工作时其内气固两相流动采用Fluent软件提供的Eulerian多相流模型，其余同4.2.1节数值计算方法。边界条件除物料粒径为7.53mm，密度90.9kg/m3外，其余同4.2.1节中的边界条件设置。
理论教育 2023-06-18

分析抛送装置气动噪声计算结果

对图7.23中六面体场点的前六阶声压级云图分析可知：叶片式抛送装置气动噪声在100Hz和200Hz时，较高的声压级主要集中在进料口处，且100Hz时高声压级的区域较大；气动噪声在300Hz时，较高的声压级主要集中在进料口处和出料管侧面；气动噪声在400Hz、500Hz、600Hz时，较高的声压级主要集中在进料口处、出料管侧面及出料口处。
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