在醫(yī)藥化工生產(chǎn)等領(lǐng)域中粉體顆粒攪拌是重要的單元操作。在粉體顆粒攪拌中功率消耗是關(guān)注的重點(diǎn)。建立扭矩模型是研究混合過(guò)程中功率消耗的一個(gè)重要方法。該方法不僅可以幫助工業(yè)放大,也是研究工程機(jī)械與介質(zhì)相互作用動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。離散元法(Discrete Element Method,DEM)是一種通過(guò)受力模型模擬顆粒間的碰撞過(guò)程,分析單個(gè)顆粒和顆粒群運(yùn)動(dòng)、受力的數(shù)值方法。該方法已經(jīng)在顆粒攪拌過(guò)程工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。本研究在直徑為210 mm的平底不銹鋼攪拌槽內(nèi),對(duì)平均直徑為114μm的玻璃珠粉體和平均直徑為5 mm的球形玻璃顆粒的攪拌功率進(jìn)行研究。通過(guò)扭矩傳感器進(jìn)行不同槳葉形狀攪拌兩種不同物料功率的測(cè)量。對(duì)攪拌平均直徑為114 μm的粉體物料的攪拌扭矩結(jié)果和槳型參數(shù)進(jìn)行分析,建立無(wú)因次模型和半理論半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?通過(guò)DEM數(shù)值模擬方法對(duì)平均直徑為5 mm的球形顆粒在不同攪拌槳、不同轉(zhuǎn)速、不同填料量的情況下進(jìn)行數(shù)值模擬,研究顆粒攪拌內(nèi)部的顆粒運(yùn)動(dòng)形態(tài)分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著葉片長(zhǎng)度的加長(zhǎng)、葉片寬度的變大、攪拌物料料位相對(duì)高度的增加以及葉片數(shù)量增加,扭矩值也隨之增大。在相同攪拌槳葉片數(shù)下,不同攪拌槳的扭矩值由小到大排列為:上提槳后掠槳直葉槳下壓槳。根據(jù)定量分析知,對(duì)于平均粒徑114μm 的玻璃微珠,攪拌槳扭矩值與料位相對(duì)高度的關(guān)系式為:MT=k2(H/T)1.5,不同槳型k2值不同。對(duì)于平均粒徑5 mm的玻璃珠,攪拌槳扭矩值、料位相對(duì)高度和轉(zhuǎn)速的關(guān)系式為:MT=k3(H/T)1.3(N)0.1,不同槳型k3值不同。通過(guò)因次分析建立了功率準(zhǔn)數(shù)Np與攪拌槳直徑與料位高度之比(D/H)、攪拌槳寬度與料位高度之比(w/H)、槳葉轉(zhuǎn)速無(wú)因次化表達(dá)式g/(HN2)、葉片數(shù)(n)這四項(xiàng)之間的關(guān)系公式為:Np=4.206(D/H)-3.131(w/H)0.550(g/(HN2)1.034n0.2,擬合結(jié)果R2=0.990,且通過(guò)無(wú)因次公式計(jì)算的值與實(shí)驗(yàn)值的偏差在±15%以內(nèi)。半經(jīng)驗(yàn)半理論模型建立了扭矩(MT)與攪拌槳直徑D、攪拌槳寬度w、料位高度H、轉(zhuǎn)速N、粉體間摩擦系數(shù)μ等變量之間的關(guān)系為:MT=0.504D2ρg[(H-C)2-(H-w-C)2]+0.168D3ρg(2H-w-2C)-0.488N2D4ρw,通過(guò)該公式計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的偏差在±20%以內(nèi)。DEM模擬結(jié)果顯示各槳型在混合過(guò)程中的攪拌扭矩值與實(shí)驗(yàn)所測(cè)扭矩值基本吻合。同時(shí),通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)顆粒的運(yùn)動(dòng)形態(tài)和循環(huán)范圍受槳葉寬度、槳葉斜度的影響;相同槳型下,循環(huán)流的強(qiáng)弱和分布面積主要受槳葉葉片數(shù)的影響。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ051.72
【部分圖文】：

北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文逡逑該過(guò)程無(wú)法像流體中的分子擴(kuò)散那樣給出控制方程。當(dāng)攪拌槳攪拌過(guò)后顆粒與顆逡逑粒之間形成了新的接觸點(diǎn)。逡逑剪切混合是指在粉體進(jìn)行對(duì)流混合時(shí)，在狹小區(qū)域內(nèi)由于速度梯度較大所發(fā)逡逑生的顆粒之間滑移。在這狹小的區(qū)域外顆粒整體還是以團(tuán)狀的形式混合。因此剪逡逑切混合機(jī)理與對(duì)流混合相關(guān)，尤其是與高剪切力下的粉體混合相關(guān)。因?yàn)樵诟呒翦义锨辛ο聝蓚�(gè)顆粒群的接觸面積變大，可以更好的破壞團(tuán)聚結(jié)構(gòu)。逡逑

北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文逡逑圖２－１為實(shí)驗(yàn)裝置，電機(jī)與攪拌軸中間連接一個(gè)扭矩傳感器，攪拌軸伸入一逡逑個(gè)內(nèi)徑為２１０邋ｍｍ，槽體高度為３１０邋ｍｍ的圓柱形不銹鋼平底攪拌槽內(nèi)。激光轉(zhuǎn)逡逑速儀正對(duì)攪拌軸，啟動(dòng)時(shí)一束激光照射軸后，其反射光線進(jìn)入轉(zhuǎn)速儀引起內(nèi)部電逡逑路變化，測(cè)得旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速。攪拌槳距離槽底２１邋ｍｍ，是攪拌槽直徑的０．１倍。逡逑電機(jī)工作T帶動(dòng)攪拌軸，再帶動(dòng)安裝在軸上的攪拌槳葉旋轉(zhuǎn)，通過(guò)攪拌槳對(duì)物料逡逑的機(jī)械作用力，使物料運(yùn)動(dòng)、碰撞，從而達(dá)到攪拌、混合。逡逑［：：廣邐娍逡逑ＭＨＨ邐ＷＭ邐．逡逑（ａ）邋１６０Ｚ）４０ｗ邋二直葉槳邐（ｂ）邋１６０Ｄ６０ｗ邋二直葉槳逡逑（ａ）邋１６０Ｚ）４０ｗ邋ｔｗｏ邋９０°邋ｂｌａｄｅ邐（ｂ）邋１６０Ｄ６０＼ｖ邋ｔｗｏ邋９０°邋ｂｌａｄｅ逡逑ｋ邋ｉ逡逑（ｃ）邋１８０Ｄ４０Ｗ二直葉槳邐（ｄ）邋１８０Ｄ４０Ｗ三直葉槳逡逑（ｃ）邋１８０Ｄ６０Ｗ邋ｔｗｏ邋９０°邋ｂｌａｄｅ邐（ｄ）邋１８０￡）４０ｗ邋ｔｈｒｅｅ邋９０。ｂｌａｄｅ逡逑（ｅ）邋ｌ８0Ｄ４０ｗ三葉上提１８０Ｄ４0ｗ三葉下壓槳邐（ｆ）邋１８０ＺＭ０ｗ四直

圖３－２／／／７Ｍ）．５粉體不同槳型的Ｍｒ－Ｎ曲線圖逡逑Ｆｉｇ．邋３－２邋Ｍｊ－Ｎ邋ｃｕｒｖｅ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｉｍｐｅｌｌｅｒｓ邋ｉｎ邋Ｈ／Ｔ＝０．５逡逑圖３－２為固定／／／ｒ下各個(gè)槳型下的ＭＴ－ｉＶ圖。從圖３－２中可知各個(gè)轉(zhuǎn)速下當(dāng)逡逑葉片數(shù)量與槳葉長(zhǎng)寬固定不變時(shí)，改變槳葉的傾斜度，１８０／ＭＯｗ三葉上提槳扭逡逑矩值＜１８０Ｄ４０ｗ三直葉槳扭矩值＜１８０Ｚ）４０ｗ三下壓槳扭矩值；當(dāng)攪拌槳葉片數(shù)逡逑量不變、葉片與旋轉(zhuǎn)平面的夾角均為９０°時(shí)，扭矩值隨著葉片數(shù)目的增多而增逡逑大。當(dāng)葉片的數(shù)目固定，葉片與旋轉(zhuǎn)平面的夾角均為９０°時(shí)，扭矩值隨著葉片逡逑長(zhǎng)度、寬度的增加而增大。下面從受力原理方面依次進(jìn)行分析。逡逑對(duì)于１６０Ｚ）６０ｗ二直葉槳、１６０Ｄ４０Ｗ二直葉槳，兩個(gè)槳葉已經(jīng)被粉體完全沒(méi)逡逑過(guò)，寬槳葉下由于葉片旋轉(zhuǎn)所接觸到的顆粒數(shù)目較窄葉片更多，從而相同力矩下逡逑的受力更多，所以寬槳葉的扭矩值更大。逡逑對(duì)于１８０Ｄ４（ｈｖ二直葉槳、１６０Ｄ４０ｖｖ二直葉槳，在相同的攪拌速率下，長(zhǎng)直逡逑葉槳能夠使得更靠近攪拌槽壁面附近的顆粒受迫運(yùn)動(dòng)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2814933