干混砂漿混合過程有限元模擬與混合設備關鍵結構參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、干混砂漿是繼混凝土之后又一具有廣闊應用前景的新型綠色建筑材料，其中混合設備是干混砂漿生產(chǎn)線中最關鍵的設備之一。目前，對于混合設備雖然已經(jīng)有了較多的實驗和理論研究，但是有關的理論研究和設計計算方法仍然不完善，混合設備關鍵結構參數(shù)的選取多依賴于經(jīng)驗和實驗，而實驗方面的研究是以消耗大量的時間和成本為代價。近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)值模擬與分析已成為解決工程復雜問題的有效手段。本文應用有限元模擬技術對干混砂漿混合過程進行了深入研究，探索了

2、干混砂漿混合過程三維流場內發(fā)生的物理現(xiàn)象及各物理量作用規(guī)律，分析了物料混合過程的特性及其運動規(guī)律，在此基礎上，進行了混合設備關鍵結構參數(shù)的優(yōu)化設計研究，為干混砂漿混合設備的改進和新產(chǎn)品的研發(fā)提供了理論依據(jù)和技術指導。
　　論文首先研究了干混砂漿混合過程有限元模擬的基礎理論與關鍵技術。界定了干混砂漿組分的幾何尺寸，并根據(jù)粉體學理論采用連續(xù)型模型描述了干混砂漿顆粒運動的物理特性；提出并研究了干混砂漿混合過程有限元模擬的多相流體連續(xù)介質

3、模型、流體基本控制方程、RNGκ-ε湍流模型等關鍵技術。
　　其次，以DW1200臥式干混砂漿混合設備為研究對象，合理簡化混合設備實體模型，利用三維軟件UG建立了混合設備三維實體模型，應用ANSYS軟件進行了有限元模擬分析。同時，進行了干混砂漿混合實驗，獲得了變異系數(shù)Cv隨時間的變化規(guī)律曲線。將有限元模擬結果與試驗結果進行了比較分析，兩種結果的一致性表明本文建立的混合過程有限元模擬關鍵技術是正確的。
　　然后，利用以上有限元

4、模擬技術，分析了實際工程中較多使用的DW2000大型臥式干混砂漿混合設備內物料的混合過程，獲得了流場的速度場、湍動能分布規(guī)律、物料體積分布規(guī)律以及示蹤劑濃度場等。研究結果表明：物料的運動速度沿徑向逐漸增大，在外側槳葉作用下速度達到最大，靠近攪拌軸以及攪拌臂部分速度最??；湍動能主要集中在槳葉附近區(qū)域以及槳葉與槳葉之間的位置，而壁面及攪拌軸區(qū)域湍流動能很小；示蹤劑在槳葉的攪拌作用下沿切向和軸向方向流動，慢慢的向其余槳葉運動，形成對流混合，槳

5、葉及其附近區(qū)域的示蹤劑在槳葉的作用下，彼此之間形成剪切層，各示蹤劑顆粒之間相互碰撞和滑動，受到很大的剪切力作用，形成剪切混合。
　　最后，論述和比較了對混合設備混合過程產(chǎn)生影響的幾個關鍵結構參數(shù)，并基于有限元模擬技術對槳葉安裝角度、攪拌軸轉速、葉片數(shù)量、加料點位置等主要結構參數(shù)進行了優(yōu)化設計。研究結果表明：在槳葉安裝角度方面，槳葉安裝角度為45°時混合效果最好；在攪拌軸轉速方面，隨著攪拌軸轉速的增加，混合時間越來越短，但是功率消耗