空气旋流加速器的研制

论文摘要

铸造型砂吸送的管道磨损一直是阻碍行业发展的诟病。受到自然界龙卷风抽吸现象的启发,本文探索了空气旋流集中吸送物料的新途径,提出一种新的铸造吸砂装置方案——空气旋流加速器。本文基于惯性离心力、粘性阻力和压力梯度力的三力平衡力学模型,分析了空气旋流在输料管道内的运动,对物料在喉管抽吸和高速旋流共同作用下实现旋流集中吸送的可行性进行了定性分析,确定了保障旋流集中吸送物料时喉管入口和旋风入口临界风速。利用皮托管测速原理,对空气旋流加速器在不同结构及操作参数下入口和输料管道内静压、风速进行测试。试验研究发现,喉管长度对空气旋流加速器的旋流集中吸送影响很大,即在本试验条件下存在某一最佳喉管长度值600mm,而这一最佳长度直接关系到输料管道过流断面的静压梯度变化和径向压力梯度力的分布;旋风和喉管入口面积比对两入口风速的分配和输料管道静压分布均有适量影响,在较低系统负压下入口面积比的增大有利于整个吸送系统的旋流集中抽吸;在本试验条件下,适当地提高系统负压可增大旋流抽吸能力,物料在管道内集中吸送的效果也表现得更为突出。首次将计算流体动力学软件Flowizard引入管道内三维强旋流的数值模拟研究工作中,建立了合适的雷诺应力模型。数值模拟的计算结果与实验测试结果进行比较,验证了本文试验模型的正确性。由此分析了喉管长度、入口风速和系统负压对输料管道内静压分布、三维速度场变化的影响,以及管内旋流湍动能和湍动能耗散率的分布规律,确定了旋流集中吸送的有效区域,推导出管内旋流径向速度预测公式。并应用BP网络对实验测试结果进行人工神经网络分析,得到了理想的参数优化预测模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 空气旋流加速器取料机理研究意义
• 1.2 国内外发展概况及研究动态
• 1.2.1 气力吸送技术
• 1.2.2 龙卷风抽吸原理
• 1.2.3 吸砂斗的设计
• 1.3 课题研究的内容及方法
• 第2章 空气旋流加速器的设计及制作
• 2.1 空气旋流加速器的设计
• 2.1.1 蜗壳和旋风入口结构的设计
• 2.1.2 拉法尔管和喉管入口的设计
• 2.2 受力分析
• 2.3 空气旋流加速器旋流吸送过程的数学分析
• 2.4 临界吸送速度预测
• 2.4.1 喉管入口临界速度
• 2.4.2 旋风入口临界速度
• 2.5 空气旋流加速器试验模型的制作
• 2.6 本章小结
• 第3章 空气旋流加速器的结构参数及操作参数对吸送特性影响的试验研究
• 3.1 试验系统、方法和条件
• 3.1.1 试验系统
• 3.1.2 试验方法和条件
• 3.2 试验结果与讨论
• 3.2.1 喉管长度对吸送特性的影响
• 3.2.2 旋风和喉管入口面积比对吸送特性的影响
• 3.2.3 系统负压对吸送特性的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 输料管内旋流速度场数值模拟研究及试验验证
• 4.1 计算流体动力学
• 4.1.1 湍流模型
• 4.1.2 模拟软件
• 4.2 过流断面轴向速度的模拟计算与试验验证
• 4.3 过流断面切向速度的模拟计算与试验验证
• 4.4 过流断面径向速度的预测模型与CFD模拟结果验证
• 4.5 过流断面静压的模拟计算与试验验证
• 4.5 超高系统负压下数值模拟研究
• 4.6 输料管道内湍动能的数值模拟
• 4.7 本章小结
• 第5章 人工神经网络预测
• 5.1 人工神经网络简介
• 5.2 BP神经网络模拟
• 5.2.1 确定输入输出参数
• 5.2.2 建立BP网络模型
• 5.2.3 训练网络
• 5.2.4 网络测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢
• 附录
• 详细摘要