批準(zhǔn)號(hào) |
50809073 |
項(xiàng)目名稱 |
葉片前沿彎掠對(duì)于軸流泵內(nèi)流特性影響研究 |
項(xiàng)目類別 |
青年科學(xué)基金項(xiàng)目 |
申請(qǐng)代碼 |
E0904 |
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 |
肖若富 |
負(fù)責(zé)人職稱 |
教授 |
依托單位 |
中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) |
研究期限 |
2009-01-01 至 2011-12-31 |
支持經(jīng)費(fèi) |
20(萬(wàn)元) |
本課題將以葉輪機(jī)械內(nèi)流渦動(dòng)力學(xué)、彎掠葉片動(dòng)力學(xué)、環(huán)壁面邊界層理論以及傳統(tǒng)軸流泵水力設(shè)計(jì)等科學(xué)理論為基礎(chǔ),開(kāi)展葉片前沿彎掠對(duì)于軸流泵內(nèi)流特性及水力性能的影響進(jìn)行研究。旨在合理利用葉片彎掠,改變軸流泵流道內(nèi)的靜壓梯度分布,抑制二次流發(fā)展和端壁低能流體的聚集,達(dá)到提高軸流泵水力性能和擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)行范圍的目的。首先,通過(guò)對(duì)壓氣機(jī)前沿彎掠特性的研究,將前沿彎掠設(shè)計(jì)應(yīng)用于軸流泵葉片改進(jìn)設(shè)計(jì)中;其次,通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)軸流泵和前沿彎掠軸流泵在不同工況下內(nèi)流場(chǎng)非定常CFD計(jì)算,研究軸流泵葉片前沿端彎與前掠對(duì)于軸流泵內(nèi)部流動(dòng)的影響,著重研究前沿彎掠葉片對(duì)于軸流泵內(nèi)部端壁面邊界層、徑向二次流、旋轉(zhuǎn)失速渦等內(nèi)流特性的影響,分析葉片彎掠對(duì)于軸流泵水力效率、空化性能以及葉輪失速裕度的影響;最后,通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)軸流泵和前沿彎掠軸流泵的對(duì)比模型試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
套彎頭導(dǎo)流葉片 的定額即可
正是因?yàn)槟阋罅髁啃P(yáng)程,所以才選軸流泵 你要大流量大揚(yáng)程你可以選中開(kāi)泵
水泵分軸流 混流 離心泵 是根據(jù)水流通過(guò)葉輪來(lái)區(qū)分的??趶? 流量 揚(yáng)程不是特定的,不同型號(hào)的水泵各有不同,銘牌上面都有標(biāo)識(shí)的
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評(píng)分: 4.6
采用混合模擬方法研究了葉片周向后彎對(duì)軸流泵水動(dòng)力性能和噪聲輻射特性的影響,計(jì)算中考慮了聲場(chǎng)與結(jié)構(gòu)振動(dòng)的耦合作用,獲得葉片周向后彎角對(duì)水泵水動(dòng)力性能和聲場(chǎng)輻射特性的影響曲線。結(jié)果表明,僅通過(guò)葉輪葉片的周向后彎不能有效提高水泵的揚(yáng)程和效率,但可以降低水泵向外輻射的噪聲。該結(jié)果對(duì)低噪聲水泵設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。
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頁(yè)數(shù): 6頁(yè)
評(píng)分: 4.7
通過(guò)改變?nèi)~片徑向積迭線獲得周向前彎0°與9°葉輪,采用大渦模擬(LES)方法以及聲學(xué)邊界與結(jié)構(gòu)有限元耦合解法完成了軸流泵內(nèi)部非定常流動(dòng)及流動(dòng)發(fā)聲的數(shù)值模擬,研究了葉輪葉片周向前彎角(0°和9°)對(duì)軸流泵噪聲輻射分布的影響,對(duì)比了不同葉片的軸流泵噪聲輻射分布情況.結(jié)果表明:周向前彎9°葉輪葉片比周向前彎0°葉輪葉片產(chǎn)生的噪聲降低了3 dB左右;將葉輪葉片前彎9°能降低軸流泵的水動(dòng)力噪聲.
為了研究消聲彎頭的聲學(xué)特性,對(duì)四種不同吸聲處理的單個(gè)消聲彎頭和不同間距的兩個(gè)連續(xù)彎頭,分別在不同風(fēng)速下及以白噪聲為聲源時(shí),測(cè)量了聲衰減量和插入損失,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析研究。
從四種不同吸聲處理的單個(gè)彎頭的消聲量看出:風(fēng)機(jī)噪聲通過(guò)彎頭其衰減量是不低的,氣流的阻力損失也比較小,如果以一個(gè)尺寸相等的消聲器,要達(dá)到像彎頭那樣的衰減特別在低頻就困難多了。
不同吸聲處理對(duì)彎頭消聲的影響。吸聲材料布置的位置以及構(gòu)造都直接與消聲特性有關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果表明在彎頭前后兩端都加襯吸聲材料,這對(duì)加大彎頭的衰減是很有效的。在彎頭前后設(shè)置了吸聲材料,探索不同吸聲構(gòu)造對(duì)聲衰減的影響。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,靜態(tài)時(shí)各種吸聲處理的彎頭低頻衰減量相差不大;中頻、高頻相差15-16分貝。在動(dòng)態(tài)情況下,未經(jīng)處理的光彎頭不僅在中頻,高頻比其它經(jīng)吸聲處理的彎頭的衰減低很多,低頻部分也低3-7分貝。
風(fēng)速對(duì)彎頭衰減的影響。當(dāng)氣流進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng),如果想得到良好的聲衰減特性,就必須注意各個(gè)管道部件由于氣流通過(guò)而引起的噪聲,這種噪聲一般稼之為氣流噪聲,這種氣流噪聲是由予空氣壓力場(chǎng)引起較大的壓力波動(dòng)產(chǎn)生的,它隨著氣流的速度增加而增加。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,由于風(fēng)速的增加,彎頭的聲衰減量在低頻中頻部分有所降低,高頻變化不明顯。同時(shí)還可以看出,同樣棉布飾面的彎頭,裝有導(dǎo)風(fēng)葉片或沒(méi)有裝導(dǎo)風(fēng)葉片受風(fēng)速影響是不相同的,前者受風(fēng)速的影響較少。以500赫為例,無(wú)導(dǎo)風(fēng)葉片彎頭其變化約12分貝,而有導(dǎo)風(fēng)葉片彎頭約為3—4分貝。這些都說(shuō)明合理的組織氣流,防止或減少各種配件因氣流通過(guò)而引起的再生噪聲,對(duì)提高彎頭聲衰減量是很重要額。
連續(xù)彎頭的使用問(wèn)題。幾個(gè)彎頭連續(xù)使用時(shí),其聲衰減量并不等于各個(gè)彎頭聲衰減量的代數(shù)和。本次試驗(yàn)中,當(dāng)兩個(gè)彎頭之間距離為4530 mm、5350 mm時(shí),均大于2 L值(L=2000 mm),兩個(gè)連續(xù)彎頭白噪聲的衰減量?jī)H大于1個(gè)彎頭的3-5db(低頻部分),只有在500赫以上才逐漸接近兩個(gè)獨(dú)立彎頭衰減之積;風(fēng)速提高之后,再個(gè)連續(xù)彎頭的衰減比單個(gè)彎頭增加不多,僅高頻相當(dāng)于單個(gè)彎頭衰減的1.5倍。因此,使用連續(xù)彎頭的時(shí)候盡可能如長(zhǎng)彎頭之間的距離.對(duì)提高連續(xù)彎頭衰減量是有利的。
風(fēng)機(jī)葉輪的氣動(dòng)性能是決定翼型彎曲葉片式風(fēng)機(jī)性能的主要因素,而葉輪葉片的剖面形狀又是決定風(fēng)機(jī)性能的關(guān)鍵。有關(guān)文獻(xiàn)中已介紹了許多種翼型,其中最先進(jìn)的莫過(guò)于航空上使用的飛機(jī)機(jī)翼翼型,因此對(duì)航空翼型的研究愈來(lái)愈引起人們的關(guān)注。基于這樣的考慮本文采用FLUENT商用CFD計(jì)算軟件,對(duì)彎掠組合翼型葉片的地鐵專用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行了CFD模擬。模型建立與網(wǎng)格生成此次模擬的風(fēng)機(jī)是可逆的彎掠組合翼型葉片地鐵變頻軸流風(fēng)機(jī),葉輪直徑1.8m,模擬中葉片沿徑向共切成12個(gè)剖面,徑向組合形成風(fēng)機(jī)葉片
螺旋葉片對(duì)于垂直螺旋提升機(jī)功能影響的探討
螺旋垂直提升機(jī)是螺旋輸送機(jī)中常見(jiàn)的一種。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要依靠經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì),導(dǎo)致很難對(duì)螺旋輸送機(jī)的性能有很大程度地提升,而其在制藥、港口、農(nóng)業(yè)、水泥、食品等行業(yè)應(yīng)用廣泛,因此有必要對(duì)螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與制造方法進(jìn)行研究。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的試驗(yàn)應(yīng)用于虛擬樣機(jī)的模擬中,這種處理不僅可以減少成本,提高效率,而且 能夠使設(shè)計(jì)者從產(chǎn)品的作用機(jī)理入手,解決在實(shí)際的 試驗(yàn)中很難觀察物料輸送中細(xì)觀甚至微觀特征[1-2]。螺 旋輸送機(jī)性能的模擬研究,最早是由 Shimizu 等[3]發(fā)表 離散元法對(duì)螺旋輸送機(jī)中顆粒流的研究,并將研究結(jié) 果與先前的經(jīng)驗(yàn)方程進(jìn)行了對(duì)比分析。Cleary[4]研究了 顆粒形狀對(duì)喂料口進(jìn)入的物料下降形式和輸送機(jī)的輸送特性的影響。Owen 等[5] 詳細(xì)研究了操作條件,如 填充率、傾角和螺旋轉(zhuǎn)速等對(duì)螺旋輸送機(jī)性能的影 響,但其未對(duì)螺旋葉片的形狀進(jìn)行詳細(xì)討論。而這一課題在國(guó)內(nèi)尚未有詳細(xì)的研究。本文中將對(duì)螺旋葉片進(jìn)行研究,并結(jié)合其他操作條件,預(yù)測(cè)螺旋輸送機(jī)的性能。
1 螺旋垂直提升機(jī)理與離散元理論
1.1 螺旋垂直提升機(jī)的輸送機(jī)理 螺旋垂直提升機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 1 所示。其組成 部分與水平螺旋輸送機(jī)基本相同,包括電動(dòng)機(jī)、減速 器、機(jī)座、上軸承座、出料口、殼體、螺旋葉片、進(jìn)料口、 下軸承座等。物料顆粒由下進(jìn)料口進(jìn)入螺旋與殼體形成的區(qū)域內(nèi),電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋旋轉(zhuǎn),受到離心力、摩擦 力、重力等作用。首先,物料顆粒依靠自身的慣性,開(kāi) 始沿螺旋面滑動(dòng),并逐漸加速;其次,當(dāng)受到的離心力 大于螺旋面摩擦力時(shí),顆粒向槽壁移動(dòng);最后,顆粒與 槽壁之間的接觸壓力逐漸增加,故槽壁對(duì)顆粒的摩擦力逐漸增加。由于受到摩擦力的作用,因此靠近槽壁 的物料減速,物料與螺旋間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),使物料顆 粒向上運(yùn)動(dòng)。最后物料顆粒從出料口流出。
1.電動(dòng)機(jī),2.減速器,3.機(jī)座,4.上軸承座,5.出料口, 6.螺旋葉片,7.殼體,8.進(jìn)料口,9.下軸承座
圖 1 螺旋垂直提升機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1.2 離散元理論
離散單元法[6]是由 Cundall 教授在 1971 年提出的一種顆粒離散體物料分析方法,其基本思想是把不連 續(xù)體分離為剛性元素的集合,使各個(gè)剛性元素滿足運(yùn) 動(dòng)方程,用時(shí)步迭代的方法求解各剛性元素的運(yùn)動(dòng)方 程,繼而求得不連續(xù)體的整體運(yùn)動(dòng)形態(tài)。在應(yīng)用離散 單元法進(jìn)行數(shù)值模擬過(guò)程中,把物料中的每個(gè)顆粒單 獨(dú)作為一個(gè)粒子單元建立數(shù)學(xué)模型,并給定粒子單元 的尺寸和物理性質(zhì),各個(gè)粒子之間存在接觸與分離兩 種關(guān)系。EDEM 是基于離散單元法模擬和分析顆粒系 統(tǒng)過(guò)程處理和生產(chǎn)操作的 CAE 軟件。EDEM 的分析能 夠獲得大量新的有價(jià)值數(shù)據(jù),包括粒子與壁面相作用 的內(nèi)在行為,粒子的分布、速度和位置,粒子之間形成 的力鏈結(jié)構(gòu)等。
2、螺旋垂直提升機(jī)模型描述
螺旋葉片對(duì)螺旋輸送機(jī)整機(jī)性能的影響是研究的 重點(diǎn)。為了便于分析研究,選取 Robert 等在實(shí)驗(yàn)中采用的單頭標(biāo)準(zhǔn)螺距的螺旋輸送機(jī),采用傾角 90°,即垂 直螺旋輸送機(jī),模型參數(shù)[8]見(jiàn)表 1。輸送的物料采用干燥 的小米,其形狀近球形,因此不考慮顆粒形狀對(duì)輸送性 能的影響。而輸送管和螺旋葉片采用鋼制作,它們的材 料常數(shù),如剪切模量、泊松比等參數(shù)見(jiàn)表 2。 表 1 螺旋輸送機(jī)模型參數(shù)軸徑 螺距 螺旋厚度 螺旋高度 圓筒內(nèi)徑38 13 1 114 80
物料特性參數(shù) 參數(shù)名稱 剪切模量/Pa 泊松比 密度/(kg?m-3) 恢復(fù)系數(shù) 靜摩擦系數(shù) 滾動(dòng)摩擦系數(shù) 基本顆粒半徑/mm 小米 13×10 0.3 700 0.1 0.7 0.01 1.25
鋼 1.1×10 0.3 7850 0.3 0.5 0.01 -
3、試驗(yàn)
3.1、設(shè)計(jì)
影響垂直螺旋輸送機(jī)性能的操作變量有螺旋轉(zhuǎn) 速、進(jìn)口速度、填充系數(shù)、螺旋葉片的形狀、顆粒的形狀等。試驗(yàn)選取進(jìn)口速度為 10 m/s,由文獻(xiàn)[5]可知,填充系數(shù)對(duì)平均顆粒速度、平均顆粒軸向速度、平均顆粒周向速度的影響很小,而本文中主要分析近軸處的 平均顆粒周向速度、近壁處的平均顆粒軸向速度,因 此可選填充系數(shù)取做一個(gè)固定參數(shù),即填充系數(shù)為 50%,忽略顆粒形狀對(duì)輸送性能的影響,因此試驗(yàn)選 取了螺旋轉(zhuǎn)速、螺旋葉片作為操作參數(shù),來(lái)展開(kāi)詳細(xì) 的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。 根據(jù)文獻(xiàn)[5]的分析,選取螺旋轉(zhuǎn)速參數(shù)分別為600、900、1 000、1 200、1 400、1 600、1 800 r/min;螺旋 葉片母線的形狀分別為直線型、折線型、曲線型,其形 狀簡(jiǎn)圖如圖 2 所示,由排列組合知識(shí)可知,需要進(jìn)行21 次試驗(yàn)。
3 種螺旋葉片的母線形狀
3.2 實(shí)施
根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì), 在三維建模軟件 Autodesk Inventor 中分別對(duì)3種不同形狀螺旋葉片建立幾何模型,并建立螺旋軸和圓筒壁的幾何模型,完成裝配后 以通用格式 step 文件導(dǎo)出,并啟動(dòng) EDEM 軟件,在前 處理器中設(shè)置接觸類型、重力參數(shù)、材料常數(shù)、顆粒尺寸,以三角形網(wǎng)格形式將幾何體導(dǎo)入 EDEM 中,并設(shè) 置相應(yīng)各項(xiàng)的特性參數(shù),如材料、轉(zhuǎn)速,并添加顆粒工 廠盤,尺寸是 26.4 mm2,設(shè)置顆粒工廠,添加顆粒數(shù)、 顆粒尺寸呈正態(tài)分布,進(jìn)口速度沿軸向10 m/s。進(jìn)入仿真處理器,設(shè)置固定時(shí)間步長(zhǎng)為瑞利時(shí)間步長(zhǎng)的 20%,網(wǎng)格尺寸為最小粒徑的2倍。為了保證仿真效 率,幾何體以網(wǎng)格顯示,關(guān)閉求解報(bào)告和自動(dòng)更新按 鈕,開(kāi)始求解。求解完成后,進(jìn)入后處理器,對(duì)仿真結(jié) 果進(jìn)行分析,導(dǎo)出感興趣的數(shù)據(jù),并通過(guò)數(shù)據(jù)分析軟 件 Origin Pro 8.0 進(jìn)行作圖。
3.3 垂直螺旋輸送機(jī)中顆粒的分布
3 種不同螺旋葉片下螺旋輸送機(jī)中顆粒的分布情況如圖 3 所示,其中,小顆粒對(duì)應(yīng)前灰色,大顆粒對(duì)應(yīng)深灰色圖 3a—c,分別是直線型母線的螺旋葉片的顆粒輸送情況。由圖可以看出,大顆粒大多分布在自由 面的表層,而小顆粒大多分布在螺旋面的底層,且大、 小顆粒之間有明顯的粒徑分離,這是由于顆粒之間的 剪應(yīng)力作用的結(jié)果,而顆粒之間的相互接觸,在考慮 接觸變形、顆粒濃度較高、顆粒表面的摩擦系數(shù)適當(dāng) 的情況下,顆粒之間形成穩(wěn)定的接觸力鏈,即此時(shí)的 顆粒流稱為彈性流。物料顆粒形成一定均勻深度的流 化床,且自由面的傾角接近于螺旋面傾角。
圖 3d—f 等 3 組分別是折線型母線的螺旋葉片的 顆粒輸送情況。顆粒分布情形與直線型類似,但不同 的是大、小顆粒之間的分離更加明顯,物料顆粒形成 了更加均勻深度的流化床,自由面的傾角更接近于螺 旋面的傾角。圖 3g—i 等 3 組分別是曲線型母線的螺 旋葉片的顆粒輸送情況,顆粒分布同樣類似于上述的 兩種情形,但大、小顆粒之間分離最明顯,剪切力影響 最大,物料顆粒形成的流化床更加均勻,自由面幾乎 與螺旋面平行,輸送效果最好。 圖 3 3 種螺旋葉片下的顆粒分布情況依據(jù)顆粒的直徑進(jìn)行著色
3.4 顆粒的輸送速度
由于每個(gè)顆粒的粒徑、速度、位置均不同[9],為了 便于研究,考慮得到一些規(guī)律性的結(jié)論,采用統(tǒng)計(jì)平 均的方式對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。
3.4.1 平均顆粒速度
通過(guò)離散元模擬,得出了在不同轉(zhuǎn)速下的 3 種不同螺旋葉片形狀對(duì)平均顆粒速度的變化趨勢(shì),如圖4所示,對(duì)于直線型母線螺旋葉片,顆粒的輸送速度從所示,對(duì)于直線型母線螺旋葉片,顆粒的輸送速度從保持線性減小,整體的輸送速度變化幅度為 0.01 m/s, 輸送平穩(wěn),且1400 r/min 輸送速度最大。對(duì)于折線型 母線螺旋葉片,顆粒輸送速度在 1 000、1 600 r/min 最 小,為 0.07 m/s,在 1 800 r/min 有增大趨勢(shì),因此,從趨 勢(shì)中不能很好地得出螺旋轉(zhuǎn)速與平均顆粒速度之間的 關(guān)系。對(duì)于曲線型母線螺旋葉片,顆粒輸送變化范圍最 小,輸送最為平穩(wěn)。在 600~1 800 r/min 范圍內(nèi),平均顆 粒速度保持在 0.055 m/s 左右,輸送效果最好。
圖 4 不同螺旋葉片下的平均顆粒速度
3.4.2 平均軸向速度和平均周向速度
通過(guò)離散元模擬,得出了在不同轉(zhuǎn)速下的 3 種 不同螺旋葉片形狀對(duì)平均軸向速度變化趨勢(shì),如圖 5 所示。 考察近軸處 12.75 mm 以內(nèi)圓柱的平均軸向速 度,在螺旋轉(zhuǎn)速小于 1 600 r/min 時(shí),隨著轉(zhuǎn)速的增加, 對(duì)于直線型、折線型的螺旋葉片,其平均軸向速度成 增大的趨勢(shì),但曲線型的螺旋葉片,其平均軸向速度 沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì),且其軸向輸送速度遠(yuǎn)小于直 線型、折線型母線的螺旋葉片對(duì)應(yīng)的平均軸向速度; 但當(dāng)螺旋轉(zhuǎn)速大于 1 600 r/min 后時(shí),曲線型母線的 螺旋葉片對(duì)應(yīng)的平均軸向速度超過(guò)了直線型、折線型母線的螺旋葉片的平均軸向速度,且直線型母線 的螺旋葉片的平均軸向速度有所減小,因此,在考慮 較大螺旋轉(zhuǎn)速下,曲線型母線的螺旋葉片具有最佳 的輸送效果,能夠減小一定輸送量中的輸送功耗,提 高輸送效率。
圖 5 平均顆粒軸向速度
通過(guò)離散元模擬,得出在不同轉(zhuǎn)速下的 3 種不同螺 旋葉片形狀對(duì)平均周向速度的變化趨勢(shì),如圖 6 所示。
圖 6 考察近壁面處圓環(huán)內(nèi)的平均軸向速度,由圖 可以明顯看出,曲線型、折線型母線的螺旋葉片對(duì)應(yīng) 的平均周向速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直線型母線的螺旋葉片對(duì) 應(yīng)的平均周向速度,且曲線型母線的螺旋葉片對(duì)應(yīng)的 平均周向速度最小,降低了由顆粒渦旋引起的能量耗 散,增加了能耗的利用率。
綜上,曲線型母線的螺旋葉片對(duì)應(yīng)的顆粒流是由 螺旋運(yùn)動(dòng)引起的顆粒軸向上升和周向旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)疊 加的結(jié)果。
3.5 耗能分析
3.5.1 功率消耗
功耗的獲取是通過(guò)離散元仿真中具有一定速度 的單個(gè)顆粒對(duì)旋轉(zhuǎn)螺旋面的作用力的疊加。圖 7 是 3 種不同母線的螺旋葉片對(duì)應(yīng)單位時(shí)間內(nèi)的能量耗散 情況。
由圖可知,在螺旋轉(zhuǎn)速為 600~1 200 r/min 的范 圍內(nèi),折線型的螺旋葉片對(duì)應(yīng)的能耗最大,直線型 螺旋葉片能耗最小,但 3 種螺旋葉片對(duì)應(yīng)的能耗相 差不大;在螺旋轉(zhuǎn)速為 1 200~1 600 r/min 的范圍 內(nèi),曲線型的螺旋葉片能耗最小,在 1 400 r/min 時(shí), 能耗相對(duì)直線型、折線型的螺旋葉片的能耗最小,在 轉(zhuǎn)速大于 1 600 r/min 時(shí),曲線型的螺旋葉片的節(jié)能效 果不太明顯,因此,在中、高速螺旋輸送中,選用曲線 型母線的螺旋葉片是最佳的。
3.5.2 能量耗散
能量耗散的原理是在一個(gè)固定的仿真周期內(nèi)所 有顆粒之間、顆粒與壁面之間碰撞消耗能量的綜合。 不考慮顆粒與壁面磨損引起的能量耗散,從能量守恒 的角度理解,總能量耗散等于總的提供能量,且在單 位時(shí)間內(nèi)的能量消耗可以理解為功耗。離散元仿真提 供對(duì)輸送中總能量的消耗進(jìn)行檢測(cè)的手段,由于顆粒 輸送消能耗量與能量裝置需要提供的有效能量是相 等的,因此,分析總能耗的大小就可以預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)螺 旋輸送機(jī)需要提供多少能量。
圖8 為能量耗散圖。如圖所示,對(duì)于直線型母線 的螺旋葉片,其對(duì)應(yīng)的能耗最大。折線型母線的螺旋 葉片與曲線型母線的螺旋葉片相差不大,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直線型所消耗的能量,因此,采用曲線型、折線型母線 的螺旋葉片可以有效降低對(duì)系統(tǒng)總能量的消耗,達(dá)到 節(jié)能的目的,有效地減少成本,提高效益。
3.6 質(zhì)量流量
為了研究螺旋垂直提升機(jī)中的顆粒輸送的流動(dòng) 特性 ,需要定量地測(cè)量顆粒在輸送過(guò)程中的平均質(zhì) 量流量,它是通過(guò)記錄在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)一個(gè)垂直于螺旋軸線的固定截面的顆粒數(shù)得出的。圖 9 為平 均質(zhì)量流量圖,3 種不同母線的螺旋葉片對(duì)應(yīng)的平 均質(zhì)量流量在不同螺旋轉(zhuǎn)速下的變化趨勢(shì),對(duì)于直 線型母線的螺旋葉片,其對(duì)應(yīng)的平均質(zhì)量流量在螺 旋轉(zhuǎn)速 600、1000、1 400 r/min 是逐漸增大,這與文 獻(xiàn)[5]基本吻合。對(duì)于折線型母線的螺旋葉片,其隨轉(zhuǎn) 速增大的變化趨勢(shì)不具有明顯的函數(shù)關(guān)系,且在轉(zhuǎn) 速值1 600 r/min 時(shí),平均質(zhì)量流量最小。對(duì)于曲線型 母線的螺旋葉片,其隨轉(zhuǎn)速增大的變化幅度最小,在 600~1 800 r/min 的范圍內(nèi),平均質(zhì)量流量保持在某一 定值的左右,說(shuō)明其單位時(shí)間的輸送量隨轉(zhuǎn)速的變化 很小,具有最佳的輸送效果。
4 結(jié)論
1)闡述螺旋垂直提升機(jī)的原理與離散元理論,考察 3 種母線形狀的螺旋葉片,借助顆粒仿真軟件 EDEM 進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn),對(duì)顆粒速度、功率消耗、能量耗 散、質(zhì)量流量等性能指標(biāo)進(jìn)行了模擬。
2)與傳統(tǒng)直線型相比,彎曲型母線的螺旋葉片在 近軸處的旋轉(zhuǎn)速度減小了 73.87%、近壁處的軸向速 度在高轉(zhuǎn)速時(shí)增大了 12.34%。
3)彎曲型母線的螺旋葉片減小了由額外顆粒流 引起的能量耗散,且在試驗(yàn)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平均質(zhì)量流 量基本趨于常數(shù),其輸送效果最佳。
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