周期边界条件下垂直螺旋输送机颗粒流数值模拟

采用离散单元法对垂直螺旋输送机中颗粒流动进行模拟计算,提出运用周期边界条件解决垂直螺旋输送机中计算效率问题,选用全尺寸模型和应用了周期边界条件的周期模型2种计算模型,计算得到2种模型中颗粒的流动特征,包括颗粒运动形态、正向接触力的力链网络和轴向速度的大小及其概率密度分布,讨论输送机在结构、颗粒流动形态、正向接触力的力链网络和轴向速度上的周期性。结果表明：2种模型在填充率较大且转速为300~1 700 r/min时模拟的颗粒流动特征一致;在一些工况中应用周期边界条件的仿真模型可以用来探寻垂直螺旋输送机中颗粒流动特征。

基于离散元法修正散料垂直螺旋输送运动模型

考虑到散体的流动特性对垂直螺旋输送性能的影响,通过建立散体颗粒垂直输送周期几何模型,运用离散元法模拟分析了散体在输运过程中的运动规律,研究了螺旋输送机不同转速对散体颗粒旋转角速度分布的影响,评估了传统颗粒角速度预测模型的准确性并进行了修正。研究结果表明:颗粒的角速度分布不仅与径向位置有关,还和垂直高度存在着密切的联系,传统预测模型存在明显的缺陷;修正后的预测模型与仿真计算的误差值在7%以内,体现了修正后的预测模型具有较好的适用性。这对进一步准确预测垂直螺旋输送机的性能具有重要意义。

基于TCP流稳定螺旋涡的垂直螺旋输送机的设计方法

针对垂直螺旋输送机中的气固两相流进行了研究,分析了颗粒圆周速度在径向方向上的分布函数,并从颗粒流的螺旋升角、涡量入手,结合理论分析与EDEM+FLUENT仿真分析,研究垂直螺旋输送机中形成TCP流稳定螺旋涡的最佳填充率、最佳螺旋转速和临界雷诺数,推导出不同摩擦因数下的临界雷诺数公式和最佳输送量公式,从而得出一种高效的基于TCP流稳定螺旋涡的垂直螺旋输送机的设计方法,该方法使垂直输送机输送量提高了约20%.

垂直螺旋输送机临界转速的仿真研究

为确定实际模型的临界转速,采用EDEM、RecurDyn和ADAMS.2建立螺旋直径为400 mm、升程为330 mm的双螺旋垂直螺旋输送机和单个颗粒的仿真模型;通过仿真确定临界转速的区间,根据二分法不断缩小临界转速的区间,直至得到临界转速终止仿真;在EDEM中建立输送高度为0.3 m、填充率分别为20%、40%、60%和80%的颗粒群仿真模型,采用相同的方法完成仿真。结果表明:仿真结果验证了粒子与螺旋面、罩壳内壁之间的接触力类型,得到单个颗粒时螺旋的临界转速约为70 r/min;4种填充率下的临界转速分别为75、81、91、100 r/min;单质点法求解的理论临界转速为82 r/min,与单个颗粒、输送高度为0.3 m、填充率为20%和40%的颗粒群仿真结果接近,而小于输送高度为0.3 m、填充率为60%和80%的颗粒群仿真临界转速。说明单质点理论只适用于小填充率的垂直螺旋输送机模型。

垂直螺旋输送机螺旋叶片磨损模型分析

垂直螺旋输送机在长时间输送煤料后,螺旋叶片会产生严重的物料磨损。现有磨损模型无法直接对垂直螺旋输送机上螺旋叶片的使用寿命进行预测。因此,基于Archard模型并采用连续介质假设的方法建立了螺旋叶片磨损模型。该螺旋叶片磨损模型可用于预测在不同工况下垂直螺旋输送机螺旋叶片的磨损,比如不同转速、填充率和螺距。可为螺旋叶片寿命的预测提供可靠的计算模型。

垂直螺旋输送机生产率计算模型的修正

为使垂直螺旋输送机的生产率计算模型更符合实际生产情况,在单质点法分析的基础上,以细沙为物料进行实验,考察螺旋转速、取料头转速及细沙垂直输送速度对生产率的影响;基于计算模型推算输送管内物料的填充率,利用MATLAB函数拟合功能,得到生产率与螺旋转速、取料头转速的定量关系式,结合实验测得的垂直输送速度,完成生产率计算模型的修正。结果表明:生产率随垂直螺旋转速的增大而增大,且增长幅度逐渐降低,随取料头转速的增大而近似线性增大;修正后的模型能较为准确地预测垂直螺旋输送机的生产率,平均计算误差在10%以内。

散体在垂直螺旋输送机内流动性研究

散体的流动性直接影响到其在垂直螺旋输送机内的运动状态,进行垂直螺旋输送机理论的研究必须研究散体颗粒的物理特性对其流动性能的影响。介绍了垂直螺旋输送机现有的研究理论以及近几年散体研究所采用的方法和获得的成就,对影响散体流动性能的因素进行了理论分析,并采用EDEM软件对散体在垂直螺旋输送机内的流态进行了仿真。

垂直螺旋输送不同物料特性的实验研究

为了研究垂直螺旋输送机输送不同物料的特性,自主设计实验测试平台,通过改变螺旋轴、喂料头的转速,分析物料种类(沙子和黄豆)对垂直螺旋输送机输送性能指标(生产率和能耗)的影响。结果表明:要达到螺旋输送机的最好输送性能,改变螺旋轴转速和喂料头转速是最直接、有效的方法;随着螺旋轴转速的提高,输送性能逐渐提升后又会出现下降的趋势,因此在工程设计中不能盲目提高螺旋轴转速。垂直螺旋输送机存在螺旋轴转速和喂料头转速最佳配比,即最佳转速比,输送沙子和黄豆时的最佳转速比为3~4,两者基本相等,最佳转速比时螺旋输送机输送性能最佳。

应用滑移网格技术分析垂直螺旋输送机内气相流场的非定常流动

基于计算流体力学技术针对垂直螺旋输送机内的气流场进行数值模拟,应用滑移网格模拟螺旋叶片转动,分别采用三种不同的转速,对输送机内部的压强和速度进行定点观察,得到不同转速下压强和速度的变化趋势,对下一步进行气固两相流分析有一定的指导意义。

垂直螺旋输送机空转时临界雷诺数的分析

垂直螺旋输送机空转时,随着螺旋轴旋转速度的逐渐提高,管中空气将先后出现Taylor-Couette-Poiseuille流动(TCP)和湍流等现象,TCP流中的流态为稳定螺旋涡时,有利于提高散体的输送效率。描述了螺旋输送机空转状态下不可压缩定常流的动力学方程组,分析出螺旋转速、螺旋轴直径、螺距等参数与雷诺数Re之间的关系,并利用Fluent软件进行数值模拟,得到不同的螺旋轴转速下垂直螺旋输送机内的流速矢量图和流线图,推荐出适宜螺旋输送机中TCP流稳定螺旋涡出现的临界雷诺数Re。

垂直螺旋输送机内物料的运动密度研究

垂直螺旋输送机在依靠离心力和螺旋叶片的摩擦力输送物料的同时,高速旋转的螺旋叶片产生的空气动力作用也促进了物料颗粒的输送,输送机内物料的密度分布很复杂。垂直螺旋输送机内输送物料的流动可视为非牛顿流体流动,用FLUENT流体工程仿真软件模拟水泥在垂直螺旋输送机内输送时的流动状态,并对其运动密度进行了描述和分析。

变截面螺旋垂直螺旋输送机离散元仿真

为提高垂直螺旋输送机的进料量,针对垂直螺旋输送机在实际生产中出现的进料堵塞问题,提出了一种变截面螺旋设计方法。使用离散元软件对传统的等截面螺旋与变截面螺旋垂直输送机的输送过程进行了仿真试验,提取了不同模型颗粒在变螺旋截面区域内速度分布以及输送质量流率,并得到了不同模型变截面区域内颗粒的填充率变化曲线。仿真结果表明:使用变截面螺旋设计后,物料进入输送机内部的垂直提升速度增加,进料部位物料填充率增加,垂直螺旋输送机的输送能力最大提升25%。

按输送效率最高确定垂直螺旋输送机的主要参数

在对垂直螺旋输送机中物料的运动分析与受力分析的基础上，引入辅助变量导出物料垂直输送速度与螺旋线速度的隐函数关系以及输送效率随辅助变量的变化规律，进而得出按输送效率最高确定垂直螺旋输送机主要参数的方法。

垂直螺旋输送过程中物料动力学分析

取物料颗粒为分析对象,以螺旋的转动为相对运动,对考虑科氏加速度的螺旋输送过程中物料颗粒动力学情况进行了分析,构建了其受力图。对物料颗粒与叶片无相对运动的状态进行了分析,得到了物料即将产生相对运动时螺旋叶片转速的计算公式,为螺旋输送的临界转速设计提供了依据。对物料匀速输送过程进行了分析,得到了物料颗粒的动力学参数与螺旋转速之间的数学关系,在此基础上借助积分方法,可以为螺旋的输送速度计算提供参考。

基于EDEM的粮食垂直螺旋输送机性能分析

针对粮食垂直螺旋输送机的性能进行问题分析,建立了粮食垂直螺旋输送机的三维模型。选取输送机的螺距、叶片直径与轴径作为结构参数,选取运行转速与粮食填充系数作为运行参数,选取粮食输送流量与运行能耗作为性能指标,基于离散元仿真软件EDEM与正交试验法原理对粮食输送机的输送过程进行了仿真实验。根据最小二乘法原理,通过MATLAB软件数据拟合程序建立了输送量和能量耗散指标的响应面模型,从而得到了垂直螺旋输送机结构参数与运行参数对性能指标的影响关系。该研究对粮食垂直螺旋输送机的结构参数设计具有一定指导意义。

供料方式对垂直螺旋输送机性能的影响

为了研究供料口处物料呈现的不均匀现象,分别建立了重力型和水平型2种供料方式下的垂直螺旋输送机计算模型,采用离散元法,借助EDEM软件,通过试验和标定的方式对模拟参数,如进口速度、时间步长和颗粒属性参数进行确定,进而确保模型和参数选取的可行性;分别对2种供料方式进行模拟,以颗粒数标准偏差为评价指标。结果表明:与重力型供料相比,在相同的操作条件下,水平型供料方式在供料口取样区域的物料不均匀度更高,物料输送的均匀性更低,螺旋转速的改变对2种供料方式下取样区域颗粒质量分布的均匀性影响较大,针对重力型和水平型供料方式给出了结构改进建议。

外筒驱动型垂直螺旋输送技术输送大豆的输送特性

外筒驱动型垂直螺旋输送技术是一种新型的垂直螺旋输送技术,其工作原理是螺旋叶片与机架固定连接,通过外筒旋转驱动物料沿螺旋叶片上升。对外筒驱动型垂直螺旋输送技术垂直输送大豆的输送特性进行仿真模拟与分析,其具体步骤为:首先建立外筒驱动型垂直螺旋输送机模型,然后将模型导入EDEM软件进行数值模拟,分析其输送特性,最后总结外筒驱动型垂直螺旋输送技术的优点和研究方向。

外筒旋转型垂直螺旋输送机的设计

设计了一款外筒旋转型垂直螺旋输送机,采用离散元分析的方法建立输送性能与设计参数的关系,通过输送末页岩颗粒的试验验证其可行性。结果表明:通过改变外筒转速,可以调节外筒旋转型垂直螺旋输送机的填充率、输送量、驱功率和能耗效率。外筒转速越大,填充率越小;仿真模型外筒转速小于160 r/min时,输送量随外筒转速增大而增大,当外筒转速大于160 r/min时,输送量呈减小趋势;驱动功率随外筒转速增大而增大;能耗效率随外筒转速升高而降低;不需要强迫式给料装置,在一定输送高度内不需要中间轴承,结构更加简单;能够在低转速下运行,利于降低机械磨损、增加设备寿命,低速输送时能耗效率更高、更加节能。

基于DEM的散料在垂直螺旋输送机中的运动分析

采用DEM理论,分析垂直螺旋输送机中散料的受力和位移的关系,并导入垂直螺旋输送机模型,采用EDEM软件,分析垂直螺旋输送机内散料在不同条件下的运动情况,得出影响散料运动的因素,对于提高垂直螺旋输送机的生产率具有一定的意义。

螺旋叶片对垂直螺旋输送机性能的影响

为了研究在垂直螺旋输送机物料输送过程中的细观甚至微观特征,降低颗粒输送过程中近轴处的涡流引起的能耗,增大近壁面处的轴向速度,考察不同母线形状的螺旋叶片,借助颗粒仿真软件EDEM 2.5进行数值试验,模拟垂直螺旋输送机内颗粒速度、功率消耗、能量耗散、质量流量等性能指标,通过数据处理软件Origin Pro 8.0作图分析各项指标的变化情况。结果表明:与传统直线型母线的螺旋叶片相比,弯曲型母线的螺旋叶片在近轴处的切向速度减小73.87%,大大降低近轴处的涡流效应;近壁面处的轴向速度在高转速时增大12.34%,完成预定输送任务基础上,有效地降低额外的能量消耗,提升整机性能。