高速切割粉碎技术及其应用的研究

论文摘要

本文以高速切割粉碎技术为研究对象,介绍了超细粉碎设备的现状和超细粉碎技术的发展趋势,阐述了研发高速切割粉碎设备的工程需求与必要性。概述了相关粉碎方法与设备用到的粉碎理论,结合颗粒断裂理论,详细阐述了高速切割这一特定粉碎设备的粉碎机理。通过对颗粒断裂理论的研究,提出了高速压紧条件下有利于物料粉碎的设计概念。通过对粉碎过程的操作参数和设备结构参数的分析,研究了影响切割粉碎效果的相关因素。利用流体分析软件FLUENT对切割粉碎流场建模,并在进行数值分析后,得到了最有利于切割粉碎的叶轮形式、刀片偏角,提出了高速切割粉碎设备粉碎物料存在一个经济转速。借助ANSYS软件对高速切割粉碎设备的关键部件——转子进行建模,分析其高速转动下的变形情况,得到对其进行可靠性分析的研究结果。结合已有条件,与轻大食品装备有限公司合作研制出了一台高速切割粉碎实验设备,并针对花生、高纤维含量海带等进行了切割粉碎实验。结果表明:高速切割粉碎设备适用于高纤维含量物料的超细粉碎,其性能优于目前广泛应用的多数湿法粉碎设备。该新型切割粉碎设备适用于食品、日化、医药用品中主要原料的粉碎加工。本文对高速切割粉碎设备的机理分析、切割粉碎流场的数值模拟、转子的可靠性分析以及试验研究所获得的研究结论,为今后高速切割粉碎技术的进一步发展提供了一定的概念与数据参考,也为基于高速切割粉碎技术设备的研发提供了一定的技术支撑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 粉碎技术在各领域中的作用及概况
• 1.2 本课题研究的意义
• 1.3 高速切割粉碎技术介绍
• 1.3.1 切割粉碎技术的特点及应用
• 1.3.2 高速切割粉碎技术的研究现状及发展状况
• 1.4 课题研究总体方案
• 第二章 粉碎机理及关键结构参数分析
• 2.1 高速切割粉碎设备的工作原理
• 2.2 粉碎机理分析
• 2.2.1 粉碎动力学基本模型
• 2.2.2 切割粉碎时剪切粉碎机理分析
• 2.2.3 切割粉碎过程应力分析
• 2.2.4 切割速度对粉碎效果的影响机理
• 2.3 高速切割粉碎设备关键参数对粉碎的影响分析
• 2.3.1 操作参数的影响分析
• 2.3.2 结构参数的影响分析
• 第三章 切割粉碎流场的分析与优化
• 3.1 FLUENT 简介
• 3.2 FLUENT 求解步骤
• 3.2.1 制定分析方案
• 3.2.2 确定求解步骤
• 3.3 切割粉碎腔内流场计算模拟
• 3.3.1 几何模型创建
• 3.3.2 流场的边界区域定义
• 3.3.3 网格划分
• 3.3.4 数值模拟控制方程
• 3.3.5 求解器及运行环境
• 3.3.6 计算结果检验
• 3.4 数值模拟结果
• 3.4.1 速度场的分布
• 3.4.2 静压场的分布
• 3.4.3 剪切率场的分布
• 3.5 影响因素分析
• 3.5.1 叶轮结构对流场的影响分析
• 3.5.2 刀片偏转角度对流场的影响分析
• 3.5.3 叶轮转速对流场的影响分析
• 3.5.4 刀片个数对流场的影响分析
• 第四章 高速切割粉碎设备转子的性能分析
• 4.1 ANSYS 简介
• 4.1.1 ANSYS 软件的功能
• 4.1.2 典型的ANSYS 分析过程
• 4.2 转子的性能分析
• 4.2.1 有限元模型的建立
• 4.2.2 转子变形分析
• 4.3 转子可靠性分析
• 4.3.1 可靠性分析概述
• 4.3.2 可靠性分析
• 第五章 试验设备设计及典型物料的切割粉碎实验
• 5.1 高速切割粉碎设备的总体设计
• 5.2 关键部件的设计
• 5.2.1 定子结构的设计
• 5.2.2 刀架和刀片的设计与选材
• 5.3 切割粉碎试验
• 5.3.1 原料与设备
• 5.3.2 实验结果与讨论
• 5.3.3 试验中存在的问题与对策
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录Ⅰ 命令流法对转子参数化建模与可靠性分析
• 附录Ⅱ 转子可靠性分析最大变形响应参数输出结果
• 附录Ⅲ 作者在攻读硕士学位期间发表的论文