【摘要】：壓濾機(jī)是一種傳統(tǒng)的固液分離設(shè)備,在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和環(huán)保要求的不斷提高,壓濾機(jī)不斷地得到優(yōu)化設(shè)計(jì)。然而,壓濾過程的密閉性和濾板的不透明性導(dǎo)致壓濾機(jī)濾室內(nèi)料漿的流動(dòng)形態(tài)、濾餅的成型規(guī)律難以被直接觀測,料漿與濾餅對(duì)濾板的擠壓效應(yīng)也難以被直接在線監(jiān)測,因此壓濾脫水工藝參數(shù)的設(shè)置以及濾板的設(shè)計(jì)目前仍主要依靠經(jīng)驗(yàn)。本文以廂式壓濾機(jī)的精煤漿壓濾脫水過程為研究對(duì)象,在深入研究Eulerian多相流理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合用戶自定義方程(User Defined Function,UDF)確定了適用于描述壓濾過程的理論方程,建立了幾何要素完整、切合生產(chǎn)實(shí)際的濾室?guī)缀文Ｐ?并應(yīng)用UDF定義了體現(xiàn)離心泵揚(yáng)程-流量特性的邊界條件,建立了理論可靠、幾何精確、邊界合理的壓濾過程計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析模型。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用ANSYS FLUENT軟件對(duì)壓濾機(jī)壓濾過程開展模擬計(jì)算,得到了自壓濾開始至完全成餅這一完整過程的模擬結(jié)果,進(jìn)而分析了壓濾過程中料漿的流動(dòng)形態(tài)、煤粒的沉積規(guī)律、濾室內(nèi)壓力的分布及三者之間的相關(guān)性規(guī)律。然后,通過改變煤粒直徑并結(jié)合Eulerian多相流理論,進(jìn)一步分析了壓濾過程,結(jié)果表明:在壓濾前期,重力使煤粒進(jìn)入濾室后由下而上逐步沉積,并在濾室內(nèi)形成正方向向下的壓力梯度,此時(shí)煤粒開始在濾布內(nèi)表面沉積并形成一定厚度的濾餅,但進(jìn)料壓力不足以使水克服相間曳力透過已形成的濾餅層,該階段系統(tǒng)阻力主要來自濾布對(duì)水的阻力;在壓濾中期,煤漿流變特性發(fā)生轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致濾室內(nèi)壓力梯度方向反轉(zhuǎn),濾室內(nèi)壓力進(jìn)一步提高,濾餅兩側(cè)的壓力差超過水克服濾餅中相間曳力的閾值,濾餅開始作為過濾介質(zhì)參與到過濾過程中,使進(jìn)料壓力的增長略有減緩,此時(shí)系統(tǒng)阻力主要為濾餅和濾布對(duì)水的過濾阻力;在壓濾后期,濾室內(nèi)壓力持續(xù)升高,使其足以克服煤粒間的摩擦力而推動(dòng)煤粒運(yùn)動(dòng),而由于流速降低,濾餅及濾布的過濾阻力隨之減小,以顆粒間摩擦力為主的流動(dòng)阻力成為系統(tǒng)阻力的主要組成部分。最后,充分考慮濾板實(shí)際工況,建立了濾板使役狀態(tài)的有限元分析模型,應(yīng)用間接耦合法提取流體動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算所得的隨時(shí)、空間變化的壓力場作為濾板的載荷輸入,應(yīng)用ABAQUS有限元軟件分析了不同工況下濾板的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)及演變規(guī)律。此外,根據(jù)濾板在兩側(cè)濾室壓力相差30%這一極限工況下的應(yīng)力分布情況,優(yōu)化設(shè)計(jì)了濾板幾何結(jié)構(gòu),使得優(yōu)化后的濾板在使役過程中的應(yīng)力分布更為均衡,最大應(yīng)力下降了 22.85%,質(zhì)量降低了 10.26%,可為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。綜上,本文設(shè)計(jì)了理論可靠、幾何模型精確、邊界合理的廂式壓濾機(jī)的壓濾過程流-固耦合數(shù)值模擬方案,從多個(gè)角度對(duì)壓濾過程開展了分析,并對(duì)壓濾機(jī)濾板進(jìn)行了合理的優(yōu)化設(shè)計(jì),為廂式壓濾機(jī)壓濾過程的深入研究和濾板的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
【圖文】：

１．１選題背景與意義逡逑１．１．１壓濾機(jī)和濾板逡逑過濾與分離是現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域與新興科技領(lǐng)域中必不可少的科學(xué)技術(shù)之一Ｗ，逡逑在許多生產(chǎn)過程中，過濾與分離設(shè)備極為關(guān)鍵，提高其技術(shù)水平是提升工業(yè)生逡逑產(chǎn)現(xiàn)代化、工藝過程先進(jìn)性，以及提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗的重要保證。逡逑壓濾機(jī)是廣泛應(yīng)用于采礦、化工、食品、環(huán)保、醫(yī)藥等行業(yè)的不可或缺的逡逑固液分離設(shè)備［２１，優(yōu)化和提高其過濾效率及濾餅含固率可以有效提高上述產(chǎn)業(yè)逡逑的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并降低產(chǎn)業(yè)能耗，具有非�？捎^的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保價(jià)值。逡逑目前，國家和社會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)保問題日趨重視，要求日趨嚴(yán)苛，給壓濾機(jī)逡逑的發(fā)展提供了新的機(jī)遇，也對(duì)壓濾機(jī)的自身技術(shù)水平提出了更高的要求。逡逑如圖１．丨所示，壓濾機(jī)主要由機(jī)架、濾板、濾布、控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等逡逑五部分構(gòu)成，通過對(duì)密閉濾室內(nèi)的料漿施加一定壓力使懸濁液中的液體透過過逡逑濾介質(zhì)（濾布），固體顆粒被過濾介質(zhì)截留，從而使固體顆粒與液體分離［３］。逡逑

國家和社會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)保問題日趨重視，要求日趨嚴(yán)苛，給壓濾機(jī)逡逑的發(fā)展提供了新的機(jī)遇，也對(duì)壓濾機(jī)的自身技術(shù)水平提出了更高的要求。逡逑如圖１．丨所示，壓濾機(jī)主要由機(jī)架、濾板、濾布、控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等逡逑五部分構(gòu)成，通過對(duì)密閉濾室內(nèi)的料漿施加一定壓力使懸濁液中的液體透過過逡逑濾介質(zhì)（濾布），固體顆粒被過濾介質(zhì)截留，從而使固體顆粒與液體分離［３］。逡逑Ｍ邐液壓系統(tǒng)逡逑圖１．１壓濾機(jī)逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｆｉｌｔｅｒ邋ｐｒｅｓｓ逡逑濾板是壓濾機(jī)的核心過濾元件之一【４１。圖１．２顯示了多種不同型號(hào)和結(jié)構(gòu)逡逑的壓濾機(jī)濾板，，其空腔內(nèi)表面分布有支撐濾布的濾點(diǎn)及增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的支撐臺(tái)。逡逑Ｉ逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TD462.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2693588