高速旋流旧砂再生装置设计参数的优化研究

论文摘要

近几年,我国年均铸件产量都在3000万吨以上,将铸造旧砂进行回收再生,可以减少环境污染和资源浪费,实现绿色生产。再生后的旧砂具有粒度均匀、表面光滑、耐热度好等优点,可以提高型砂和铸件的质量。目前的旧砂再生设备存在再生率低、砂粒破碎率高、耗能大、再生工艺繁琐、耗时长等缺点。因此需要寻找新的方法、开发新的设备来提高旧砂再生能力,满足旧砂再生的要求。旋流式旧砂再生装置的提出是以热法和气流式再生机理为基础,采用旋动射流的气流为动力源的新型旧砂再生装置。本文通过对不同旧砂再生方法优、缺点的对比指出干法是一种经济、有效的再生方法,而气流再生法又以其工作稳定、可靠,维修方便等优点已成为干法再生中的主流方法。通过对旋动射流相关理论的研究发现旋动射流的气体在强旋度的情况下存在很强的卷吸能力从而产生很强的掺混作用,这样会使砂粒与砂粒间发生相互摩擦,这有利于提高旧砂的再生效果。并根据横吹式旧砂再生机存在的砂粒易破碎、回收率低等现象和旋转的射流打击力随偏转角增大而递减的规律分析以后,提出了采用热法与旋动射流气流撞击法相结合的再生新方法。本文采用气流式旧砂再生机理及低温加热脆化方法针对粘土混合型旧砂的再生提出了旋流式旧砂再生装置的设计方案。在详细分析了旋流发生方式以后,采用管内导流法设计了该装置的旋流发生器。并通过Fluent软件的大量模拟仿真分析,得知圆弧板翼型叶片的导叶会使直流射流的气流产生强旋度的旋动射流。并指出在同一安装轴上,选择适当弧度、安装角、叶片数、弦长,叶片高度的圆弧板翼型叶片的旋流发生器,将产生更强旋度的旋动射流气流,并指出圆弧板翼型的安装角、弧度和叶片数量对气流的影响最强。又根据仿真结果提出入砂漏斗应尽量布置在靠近旋流发生器喷嘴的位置上,这有利于提高砂粒的流动速度和磋磨作用。并对入砂漏斗、入风口进行了详细的分析设计,使入砂量可以调节、入风口入风均匀。并应用Fluent软件提供的离散相模型,对砂粒的流动轨迹、流动速度进行了分析。最后对高速旋流旧砂再生设备的工艺步骤和优点做出了详细的分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 型砂在铸造工艺中的应用
• 1.1.2 粘土混合旧砂形貌及其再生用于制芯
• 1.1.3 旧砂再生问题的提出
• 1.1.4 旧砂再生的意义
• 1.2 旧砂再生后应获得的效果及质量要求
• 1.2.1 旧砂再生后的效果
• 1.2.2 再生砂的质量要求
• 1.3 旧砂再生技术研究动态与现状
• 1.3.1 旧砂再生的主要处理方法
• 1.3.2 干法再生的主要方法
• 1.3.3 旧砂再生技术的发展概况
• 1.3.4 气流式再生设备的发展概况
• 1.4 课题研究的提出及内容
• 1.4.1 课题提出的必要性
• 1.4.2 课题提出的可行性
• 1.4.3 课题研究的内容
• 第二章 旋流气流的相关理论
• 2.1 旋动射流的旋度和卷吸能力
• 2.1.1 旋度
• 2.1.2 卷吸能力
• 2.2 产生旋动射流的方法
• 2.2.1 对发生旋流射流的研究
• 2.2.2 常用的旋转方式
• 2.3 旋动射流的特性分析
• 2.3.1 旋动射流出口处速度分布
• 2.3.2 旋动射流的轴向速度分布
• 2.3.3 轴向速度、旋转速度沿轴向衰减的情况
• 2.3.4 旋动射流紊动特性
• 2.3.5 旋动射流的击打力分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 CFD理论及Fluent软件选用
• 3.1 计算流体动力学概述
• 3.2 计算流体动力学的工作步骤
• 3.3 计算流体动力学的特点
• 3.4 Fluent软件的选用
• 3.5 SIMPLE算法
• 3.6 湍流模型
• 3.7 离散相模型
• 3.7.1 多相流的研究方法
• 3.7.2 离散相模型的主要功能
• 3.7.3 离散相模型的应用限制
• 3.7.4 离散相模型的选择
• 3.8 本章小结
• 第四章 旋流发生器的主要参数分析
• 4.1 加旋方式选择
• 4.2 叶片参数的研究
• 4.2.1 翼型的几何参数
• 4.2.2 叶栅的几何参数
• 4.2.3 基于Fluent的叶片参数分析
• 4.3 叶片参数的综合优化研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 再生装置的基本结构设计与砂粒运动情况分析
• 5.1 撞击式旧砂再生机理—脱膜能理论
• 5.2 高速旋流旧砂再生装置的结构设计
• 5.3 砂粒运动情况分析
• 5.4 实验工艺设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 高速旋流旧砂再生机的工艺流程
• 6.1 高速旋流旧砂再生机的工作流程
• 6.2 旋流再生新技术的优点
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表论文和专利