双级活塞推料离心机加速盘的设计与优化

论文摘要

本文选取P-85型双级活塞推料离心机为研究对象，对离心机布料系统中的加速盘结构进行设计和优化，以改善生产过程中出现的由于加速效果差而导致的物料破碎现象。研究中采用Gambit软件建立了加速盘三维模型，应用目前广泛使用的流体力学模拟软件Fluent对加速盘内部流场进行了三维瞬态数值模拟计算，得到了物料在加速盘中的运动情况，从而对加速盘性能进行全面分析。研究中，借鉴泵等旋转机械的叶片设计理论，首先对加速盘叶片进行了叶片曲线和几何轮廓的设计和优化。叶片曲线优化选择复合叶片，其进口段为扭曲叶片，出口段为圆柱叶片。本文重点对出口段圆柱叶片曲线进行优化，选取等变角螺旋线、渐开线和可控包角曲线三种曲线，通过模拟得到不同参数不同曲线类型下加速盘内物料运动情况，通过对比物料速度和流场湍流强度，得到出口安放角为15°、包角为90°的可控包角曲线为加速盘叶片圆柱段最优曲线。在曲线优化的基础之上，从几何轮廓方面对叶片进行进一步优化，模拟结果表明，在叶片受力安全前提下，长叶片的综合性能最好。最终得到了本文所研究加速盘的最佳叶片结构。利用小试试验和工业试验对模拟的正确性和优化后加速盘的使用效果进行分析。由小试试验得到的物料运动轨迹和不同加速盘对物料的破碎情况与模拟结果十分吻合，从而证明了模拟方法的正确性；在工业试验中针对叶片末端出现断裂情况，结合叶片几何轮廓优化结果，对叶片末端进行了45°切角的结构改进，改进后的加速盘运行状况良好。对滤饼含湿率和物料粒度分布研究结果表明，改进后的加速盘在一定程度上降低了滤饼的含湿率，缓解了物料与筛网的碰撞，保证了颗粒的完整性。为了对优化得到的加速盘性能进行全面的分析，选取物料粒径、加速盘转速和叶片数为变量进行流场模拟计算分析，结果表明，本文优化得到的加速盘具有良好的适应性。为了适应设备大型化的要求，本文将优化结果应用到P-100型离心机中，在两个叶片之间增加了辅叶片，结果表明，辅叶片对物料加速起到了一定作用。此外，本文还利用VB语言对加速盘的数值模拟过程进行了二次开发，开发了一款操作简单的加速盘数值模拟软件。使用者只需输入加速盘的基本参数，软件就可以进行自动建模和计算，并输出结果。综上所述，本文对双级活塞推料离心机的加速盘进行了数值模拟、试验和软件开发三方面的研究，为加速盘的使用和进一步优化奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 离心机简介
• 1.2.1 离心机发展简介
• 1.2.2 离心机分类
• 1.3 活塞推料离心机
• 1.3.1 活塞推料离心机简介
• 1.3.2 卧式双级活塞推料离心机原理
• 1.3.3 加速盘结构分析
• 1.3.4 活塞推料离心机典型应用
• 1.4 旋转机械中叶型的研究进展
• 1.4.1 叶型发展概述
• 1.4.2 叶型特点
• 1.4.3 叶片设计理论
• 1.4.4 泵中叶片设计原则和方法
• 1.5 数值模拟在叶片研究中的应用
• 1.6 研究目的和内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 数值模拟与叶片绘形理论
• 2.1 湍流模型
• 2.2 离散格式
• 2.3 求解算法
• 2.4 多相流模型
• 2.5 叶片曲线绘形
• 2.6 本章小结
• 第三章 加速盘模型建立及优化方案
• 3.1 模型结构分析
• 3.2 模型简化
• 3.2.1 简化过程
• 3.2.2 模型绘制
• 3.3 模拟参数设定
• 3.3.1 网格划分
• 3.3.2 边界条件
• 3.3.3 Fluent模拟设定
• 3.4 设计优化方案
• 3.4.1 叶片曲线设计优化
• 3.4.2 叶片轮廓设计优化
• 3.5 本章小结
• 第四章 加速盘优化模拟结果与分析
• 4.1 无叶片模拟结果
• 4.2 叶片扭曲段性能分析
• 4.3 叶片曲线优化模拟结果
• 4.3.1 结果参数选取
• 4.3.2 等变角螺旋线优化结果
• 4.3.3 渐开线优化结果
• 4.3.4 可控包角曲线优化结果
• 4.4 叶片几何轮廓优化模拟结果
• 4.4.1 结果参数选取
• 4.4.2 叶片受力结果分析
• 4.4.3 速度结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 加速盘试验研究
• 5.1 试验目的
• 5.2 试验方法
• 5.2.1 小试试验
• 5.2.2 工业试验
• 5.3 试验结果分析
• 5.3.1 小试试验结果
• 5.3.2 工业试验结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 加速盘性能模拟分析
• 6.1 模拟方案
• 6.2 粒径对加速盘性能的影响
• 6.3 转速对加速盘性能的影响
• 6.4 叶片数对加速盘性能的影响
• 6.5 加速盘大型化研究
• 6.6 本章小结
• 第七章 加速盘三维流场模拟软件的开发
• 7.1 二次开发在 CFD 模拟中的应用
• 7.2 程序设计
• 7.2.1 设计目标
• 7.2.2 设计内容
• 7.3 软件简介
• 7.3.1 软件特点
• 7.3.2 操作界面
• 7.3.3 模拟算例
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢