卸料斗幾何參數(shù)對自由下落微粒流流場特性的影響研究.pdf

1、在工業(yè)生產和散裝物料（如黃沙、煤炭以及糧食顆粒等）運輸和卸料的過程中，進行自由下落運動的散料微粒流到處可見。微粒流在自由下落過程中由于受重力、浮力、顆粒之間摩擦阻力以及顆粒與環(huán)境空氣之間作用力的影響，會導致環(huán)境空氣被卷吸到微粒流束流場中形成微粒羽流。微粒羽流在自由下落過程中，當散料碰到底端接收裝置時，由于下落散料的沖擊力，促使散料粉塵逃逸到周圍環(huán)境空氣中造成環(huán)境污染，給工作人員的身心健康帶來巨大的損害。
　　本課題跟蹤國際前沿、針

2、對生產實際應用，以卸料斗自身結構為研究對象，運用EDEM顆粒元軟件與Fluent軟件對散狀物料經卸料斗自由下落時與環(huán)境空氣之間的耦合規(guī)律以及卸料斗幾何參數(shù)、顆粒物料物性參數(shù)之間的關系進行數(shù)值模擬；在自由下落微粒流與環(huán)境空氣關系的多功能實驗平臺上，通過改進卸料斗結構（卸料斗的傾斜角度(б)、卸料斗的初始下落口徑D），對微粒流在環(huán)境空氣中自由下落時的產塵量G進行實際測量，以期獲得產塵量G最小的卸料斗。通過數(shù)值模擬和實驗研究得出如下結論：

3、r>　?。?）數(shù)值模擬結果表明：
　　a）卸料質量流量Ws隨著傾斜角度(б)、內摩擦系數(shù)μ、壁摩擦系數(shù)μw不斷增加而減小。當53°＜(б)≤55°時，卸料質量流量Ws隨卸料斗傾斜角度(б)的增加減少的幅度較大；而當55°＜(б)≤60°時，卸料質量流量Ws隨卸料斗傾斜角度(б)的增加的減少的幅度較小。在本課題的研究范圍內卸料質量流量Ws與內摩擦系數(shù)μ之間的關系表達式為：Ws＝195.83×exp[0.095/(μ﹢0.176)]，

4、在本課題的研究范圍內卸料質量流量Ws與壁摩擦系數(shù)μw之間的關系表達式為：公式略。
　　b）計算區(qū)域內的顆粒濃度、微粒流流速v隨初始下落口徑D的增加而不斷增大；在初始下落口徑為0.01m時，顆粒濃度最小，而當初始下落口徑D為0.03m時，顆粒濃度最大。在微粒下落的初始階段，微粒流流速v隨著下落高度h的增加而增加，當下落高度h增長到某一定值時，微粒流流速v趨于穩(wěn)定；微粒流流速v隨著初始下落口口徑D的增加而增加，當初始下落口徑D為0.0

5、1m時，微粒流速vmax為2.28m/s，初始下落口徑D為0.03m時，微粒流速vmax為3.5 m/s。
　　c）計算區(qū)域內顆粒的擴散半徑隨微粒密度ρp的增加而逐漸減小。在微粒下落的初始階段，微粒流流速v隨著下落高度h的增加而增加，當下落高度h增長到某一定值時，微粒流流速v趨于穩(wěn)定；微粒流流速v隨著微粒流密度ρp的增加而增加，當微粒密度ρp為790kg/m3時，微粒流速vmax為1.21 m/s，微粒密度ρp為2590 kg/m

6、3時，微粒流速vmax為2.83m/s。
　　d）計算區(qū)域內顆粒的擴散半徑隨微粒粒徑d p的增大而不斷減小，顆粒的停留時間t隨之減??；當微粒粒徑d p為186.42×10-6 m時，顆粒與環(huán)境空氣的混合程度較好，顆粒在計算區(qū)域的停留時間較長，擴散半徑也較大，相反在微粒粒徑d p為767.13×10-6 m時，顆粒在計算區(qū)域的停留時間較短，擴散半徑也較小。在微粒下落的初始階段，微粒流流速v隨著下落高度h的增加而增加，當下落高度h增長

7、到某一定值時，微粒流流速v趨于穩(wěn)定；微粒流流速v隨著微粒粒徑dp的增加而增加，當微粒粒徑dp為186.42×10ˉ6 m時，微粒流速vmax為1.01 m/s，微粒粒徑為767.13×10ˉ6 m時，微粒流速maxv為2.54 m/s。
　?。?）實驗研究結果表明：各種結構（傾斜角度）的卸料斗都有其合理的使用范圍，在工程實際應用中要根據(jù)物料的特性選用合適結構的卸料斗，如使得黃沙微粒流產塵量G最小的卸料斗角度為58°、玉米微粒流產塵

8、量G最小的卸料斗角度為57°，而二氧化硅微粒流產塵量G最大的卸料斗角度為54°。
　?。?）通過實驗數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的對比分析，發(fā)現(xiàn)微粒流在下落過程中速度的實驗結果與模擬結果基本吻合，因此，實驗研究與數(shù)值模擬計算均可以用來研究卸料斗結構對自由下落微粒流流場特性以及產塵量G的影響規(guī)律。
　?。?）采用數(shù)學的方法，運用π定理以及多元線性回歸分析的方法對大量的實驗數(shù)據(jù)進行線性擬合，最終得出自由下落微粒流產塵量G與微粒流的質量流量Mp