O-SEPA选粉机结构及流场特性的研究

论文摘要

选粉机是粉体生产工业中重要的设备之一,它经历了离心式选粉机、旋风式选粉机以及涡流式选粉机三代产品。通过选粉机分级除去待分级粉体中过大或过小的颗粒,控制产品的粒度在一定的范围之内,从而保证粉体颗粒粒度分布满足产品的质量要求。选粉机己经被广泛的应用于众多领域,如建材、电力、材料、矿物加工、化工、医药、食品等行业。随着国家实施水泥新标准以来,对水泥的要求越来越高,比如粒径要小、粒度分布要窄等等,这就对粉体分级设备提出了更高的要求。作为涡流式分级机的典型代表,O-SEPA选粉机具有如下特点:维护成本低、结构简单、级精度高、分级性能好、分级效率高。O-SEPA选粉机是闭路（圈流）粉磨系统中非常重要的设备之一,选粉机可以及时地将磨内卸出物料中合格的细粉选出,将不合格的粗粉送回磨机重磨,避免了细颗粒过长时间停留在磨中发生的过粉碎现象和对粗颗粒及研磨体的包衬作用,从而有效地提高粉磨系统的效率和产量以及降低能耗和控制产品细度。O-SEPA选粉机内部流场非常复杂,流场的分布决定了颗粒的运动轨迹,也决定了选粉机的性能,而笼型转子是选粉机的核心部件,其结构和工艺参数对选粉机的流场特性和性能有重要的影响。所以要改善选粉机的性能,就必须充分认清笼型转子的结构和工艺参数对选粉机内部流场特性的影响。本文以CFD理论为依据,借助基于有限体积法的商业软件FLUENT6.3对O-SEPA N-1000选粉机的结构和选粉机内的流场特性两方面内容进行了模拟实验研究与分析。首先,模拟分析了O-SEPA选粉机在实际工况下的三维流场特性,得到了更为直观、详细的内部的流场特性,这为今后的研究分析提供了方便和设计依据。其次,模拟分析了此选粉机在实际工况下不同转子转速对选粉机流场特性及其性能的影响,模拟结果表明,虽然提高转速可以明显提高分级精度,但是转速过高会导致环形区域的流场不稳定,而且也会导致选粉机的压降增大,最终影响选粉机的性能。再次,模拟分析了转子结构对选粉机流场特性及其性能的影响,研究结果表明转子底盘结构对选粉机的流场特性及性能有一定的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 分级的定义及分类
• 1.1.1 分级的定义
• 1.1.2 分级的分类
• 1.2 空气分级机的概述
• 1.2.1 空气分级机的应用
• 1.2.2 空气分级机分类
• 1.3 选粉机流场模拟研究现状
• 1.4 论文选题的意义和研究内容
• 1.4.1 论文的选题意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 选粉机简介
• 2.1 水泥工业选粉机的分类和发展
• 2.2 通过式选粉机的结构及工作原理
• 2.2.1 通过式选粉机的结构
• 2.2.2 通过式选粉机的工作原理
• 2.3 离心式选粉机的结构及工作原理
• 2.4 旋风式选粉机的结构及工作原理
• 2.5 O-SEPA 选粉机的结构及工作原理
• 2.5.1 O-SEPA 选粉机的结构
• 2.5.2 O-SEPA 选粉机的工作原理及分级粒径的计算
• 2.5.3 O-SEPA 选粉机的性能与应用
• 2.5.4 O-SEPA 选粉机分级性能评价指标
• 2.5.5 O-SEPA 选粉机在闭路粉磨系统中的应用
• 2.5.6 选粉机生产能力计算和规格选择
• 2.5.7 影响O-SEPA 选粉机分级性能的操作条件
• 2.6 本章小结
• 第三章 CFD 原理及相关数学模型
• 3.1 CFD 概述
• 3.2 CFD 控制方程
• 3.2.1 基本控制方程
• 3.2.2 湍流控制方程及模拟方法
• 3.2.3 湍流模型
• 3.2.4 可动区域模型
• 3.3 控制方程的离散
• 3.3.1 有限差分法（finite difference method,FDM）
• 3.3.2 有限元法（finite element method ,FEM）
• 3.3.3 有限分析法（finite analytic method,FAM）
• 3.3.4 有限体积法（finite volume method,FVM）
• 3.4 数值计算
• 3.5 CFD 的实现过程
• 3.6 FLUENT 软件简介
• 3.7 本章小结
• 第四章 O-SEPA 选粉粉机的数值模拟
• 4.1 计算模型的确定
• 4.1.1 模型的简化
• 4.1.2 网格离散化工具
• 4.1.3 三维模型的建立及网格的划分
• 4.2 计算湍流模型的选择
• 4.3 边界条件设定
• 4.3.1 一、二次风入口设定
• 4.3.2 出口边界设定
• 4.3.3 壁面及其多重参考坐标系（MRF）的设置
• 4.3.4 模型各分块之间的连接设置
• 4.3.5 求解器的参数设定及其计算
• 4.4 本章小结
• 第五章 数值模拟结果分析
• 5.1 选粉机内部流场的模拟及模拟的可靠性验证
• 5.1.1 选粉机内流体运动状况及流场分析
• 5.1.2 选粉机内压力及速度分布分析
• 5.1.3 环形区域流场分析
• 5.1.4 转子叶片区域及转笼内部流场分析
• 5.1.5 压力损失计算
• 5.2 转笼转速对选粉机流场特性的影响
• 5.2.1 转子转速对环形区域流场的影响
• 5.2.2 转子转速对转子叶片间区域流场和选粉性能的影响
• 5.2.3 转子转速对总压降的影响
• 5.2.4 转子转速对选粉机性能的影响
• 5.3 转笼底盘结构对选粉机分级性能的影响
• 5.3.1 笼型转子的结构
• 5.3.2 底盘结构对叶片区域和环形区域流场的影响
• 5.3.3 底盘结构对选粉机内部流场特性的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文