论文题目: 超细搅拌磨机的流场模拟和应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 矿物加工工程
作者: 张国旺
导师: 黄圣生
关键词: 超细搅拌磨机,数值模拟,亚微米,超细粉体,应用
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 超细搅拌磨机是一种高效节能的超细粉碎设备,是目前制备亚微米粉体或浆料的主要工业生产方法,所以,研制产品粒度细、粒度分布均匀、处理量大、能耗省的工业大型超细搅拌磨机就显得非常重要。但是至今没有形成超细搅拌磨机的设计理论,对其基础理论也研究得较少,这阻碍了超细搅拌磨机的工程放大和应用。因此,本文在系统地评述了超细粉体、超细粉碎设备和超细搅拌磨机的现状和发展的基础上,围绕超细搅拌磨机的结构和工艺参数,从理论模拟建立、粉磨理论研究、设备研制开发、试验研究和应用实践等方面进行了研究工作,其主要内容如下: 本文对超细搅拌磨机基本结构、粉磨机理和性能参数进行了详细分析,研究认为:超细搅拌磨机主要是以摩擦粉碎为主。在磨机中,应力强度是一个非常重要的参数,通过对棒式和螺旋式搅拌磨机的应力强度分析,得出不同类型的搅拌磨机具有不同的应力强度,因而适应不同的物料粉碎。对磨矿区域研磨介质球的受力和速度分析,得出磨矿作用主要发生在环形磨矿区域,提出了速度梯度大磨矿效果好,而不是以往的速度大磨矿效果好的概念,为工业型超细搅拌磨机的结构放大和优化设计提供了理论基础。 利用计算流体力学方法(CFD法)对超细搅拌磨机进行了流场仿真数值模拟,分析了盘式、棒式、螺旋式三种搅拌器的流场特性(速度梯度、流场的剪切率分布和粘性耗散率等)。通过综合分析,发现棒式搅拌磨机流场圆周方向速度梯度最大,流场的剪切率分布均匀性最好,是速度梯度大、应力分布均匀和阻力较小的一种磨机。流场仿真数值模拟分析为超细搅拌磨机的参数优化设计和工程放大提供了一种新方法。 通过采用不同搅拌器的对比试验,表明棒式搅拌磨机的研磨效果较好,这与流场数值的模拟结果是一致的,验证了模型的建立和模拟分析的正确性和可靠性。在3600L大型超细搅拌磨机,在研磨重钙时,条件相同的前提下采用棒式搅拌器的能耗比盘式搅拌器节省15%-17%,处理能力提高13%-15%。 提出了工业型超细搅拌磨机的结构工程放大方法,应用综合放大原则,对其结构参数和工艺参数进行了优化,搅拌器采用棒式搅拌基本结构,确定了最佳的
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1．1 超细粉体及其制备技术
1．1．1 超细粉体及其应用
1．1．2 超细粉体的制备技术
1．1．3 超细粉体及制备技术在国民经济中的地位
1．2 超细粉碎设备及工艺研究现状
1．2．1 超细粉碎设备类型
1．2．2 超细粉碎设备及技术在工业中的应用
1．2．3 国内外超细粉碎设备的发展现状
1．3 球磨超细粉碎理论的研究现状及发展
1．3．1 能耗规律研究现状
1．3．2 介质运动学、动力学研究现状
1．3．3 粉磨极限粒度
1．3．4 机械力化学研究
1．3．5 超细磨机的数值模拟
1．4 超细搅拌磨机及其应用研究和发展
1．4．1 超细搅拌磨机种类
1．4．2 超细搅拌磨机的历史
1．4．3 国外超细搅拌磨机的发展状况
1．4．4 国内超细搅拌磨机的发展状况
1．4．5 超细搅拌磨机的粉碎理论研究现状
1．4．6 超细搅拌磨机的应用研究状况
1．5 本文的研究内容及构想
第二章 超细搅拌磨机的基本结构及粉磨机理分析
2．1 引言
2．2 超细搅拌磨机的基本结构及特征分析
2．2．1 基本结构
2．2．2 筒体结构分析
2．2．3 搅拌器结构分析
2．2．4 搅拌器转速的确定
2．2．5 滞留时间分析
2．2．6 驱动功率的计算
2．3 超细搅拌磨机的粉磨机理
2．3．1 冲击粉碎机理
2．3．2 摩擦粉碎机理
2．3．3 粉碎的有效区域
2．3．4 应力强度
2．3．5 输入能量分析
2．4 小结
第三章 超细搅拌磨机流场数值仿真研究
3．1 引言
3．2 数值模拟的方法
3．2．1 离散单元法DEM
3．2．2 计算流体力学CFD
3．3 流场数值仿真的数学模型和方法
3．4 盘式搅拌磨机流场数值仿真分析
3．4．1 物理模型及网络划分
3．4．1．1 物理模型
3．4．1．2 网格划分
3．4．2 速度分析
3．4．3 剪切率分析
3．4．4 粘性耗散率分析
3．4．5 分析总结
3．5 棒式搅拌磨机流场数值仿真分析
3．5．1 物理模型及网络划分
3．5．1．1 物理模型
3．5．1．2 网络划分
3．5．2 速度分析
3．5．3 剪切率分析
3．5．4 粘性耗散率分析
3．5．5 分析总结
3．6 螺旋式搅拌磨机流场数值仿真分析
3．6．1 物理模型及网络划分
3．6．1．1 物理模型
3．6．1．2 网络划分
3．6．2 速度分析
3．6．3 剪切率分析
3．6．4 粘性耗散率分析
3．6．5 分析总结
3．7 综合分析
3．7．1 周向速度梯度分析
3．7．2 剪切率分析
3．8 小结
第四章 超细搅拌磨机的结构设计及工程放大
4．1 引言
4．2 超细搅拌磨机的工程放大
4．2．1 受力相等放大原则
4．2．2 输入能量相等放大原则
4．2．3 综合放大原则
4．3 大型超细搅拌磨机的研制开发
4．3．1 基本要求及预计用途
4．3．2 设计思路
4．3．3 设计中的关键技术问题
4．3．4 磨机筒体设计
4．3．4 搅拌器设计
4．3．5 搅拌器线速度的确定
4．4 大型超细搅拌磨机的结构和基本参数
4．4．1 设备结构和工作原理
4．4．2 设备的主要参数
4．5 大型超细搅拌磨机的使用性能
4．5．1 棒式搅拌器与盘式搅拌器比较
4．5．2 与现有超细搅拌磨机比较
4．5．3 大型超细搅拌磨机的使用性能
4．6 小结
第五章 超细搅拌磨机的应用研究(Ⅰ)——煤液化用催化剂亚微米级黄铁矿的制备研究
5．1 引言
5．2 试验原料、设备及检测方法
5．2．1 矿样
5．2．2 溶剂油
5．2．3 磨矿设备
5．2．4 测试仪表和方法
5．3 磨矿工艺方案选择及流程试验
5．3．1 磨矿工艺方案选择
5．3．2 磨矿工艺流程试验
5．3．2．1 磨矿段数试验和各段磨机选定
5．3．2．2 各段磨矿粒度的分配
5．4 一段磨矿条件试验
5．4．1 磨矿浓度试验
5．4．2 磨机转速试验
5．4．3 给料量试验
5．4．4 加球量试验
5．4．5 磨矿时间试验
5．4．6 第一段合理磨矿条件的确定
5．5 二段磨矿条件试验
5．5．1 磨机转速试验
5．5．2 磨矿浓度试验
5．5．3 研磨介质球试验
5．5．3．1 研磨介质球材质试验
5．5．3．2 介质球尺寸选择试验
5．5．4 加球量和给料量的确定
5．5．5 磨矿时间试验
5．5．6 第二段合理磨矿条件的确定
5．6 磨矿产品分析
5．6．1 各段磨矿产品分析
5．6．2 各段磨矿产品粒度分布
5．6．3 磨矿产品与参考样对比
5．7 最优条件验证和扩大试验
5．7．1 验证试验
5．7．2 扩大试验
5．8 小结
第六章 超细搅拌磨机应用研究(Ⅱ)——造纸涂布用亚微米级重质碳酸钙的制备研究
6．1 引言
6．2 试验原料及试验设备
6．2．1 试验原料
6．2．2 试验设备及助剂
6．2．3 测试仪表和方法
6．3 小型超细搅拌磨机试验研究
6．3．1 搅拌器对比试验
6．3．2 条件试验
6．3．2．1 研磨介质球的影响
6．3．2．2 磨矿浓度的影响
6．3．2．3 搅拌轴转速的影响
6．3．2．4 助磨分散剂的影响
6．3．3 最佳磨矿条件及磨矿产品分析
6．3．3．1 最佳磨矿条件
6．3．3．2 磨矿产品分析
6．4 工业大型超细搅拌磨机的生产试验及应用
6．4．1 生产工艺流程
6．4．2 产品性能
6．4．3 使用效果
6．5 小结
第七章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间主要的研究成果
发布时间: 2006-03-28
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