葉片式拋送裝置出料管內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)仿真與結(jié)構(gòu)改進(jìn)

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1、2015年9月農(nóng)機(jī)化研究第9期葉片式拋送裝置出料管內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)仿真與結(jié)構(gòu)改進(jìn)121翟之平，曹潔，郝磊(1．內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院，呼和浩特010051;2．錫林郭勒職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古錫林浩特026000)摘要:為了提高葉片式拋送裝置的輸送效率、增加拋送距離，通過(guò)理論分析建立了出料管內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型;基于此模型采用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent中的歐拉－拉格朗日法對(duì)拋送裝置內(nèi)氣固兩相流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值仿真，并將仿真結(jié)果與高速攝像實(shí)測(cè)結(jié)果比較驗(yàn)證其可靠性;在分析了物料運(yùn)動(dòng)規(guī)律基礎(chǔ)上，對(duì)出料管截面形狀、出料直管段高度及彎管段形狀的不同變化進(jìn)行了對(duì)比模擬。研究結(jié)果表明

2、:圓形截面出料管最合理，方形截面次之，矩形截面最不合理;出料直管高度的最佳取值區(qū)間為［500，1000］mm;彎管上壁為兩段圓弧結(jié)合較一段圓弧阿基米德螺線(xiàn)、對(duì)數(shù)螺線(xiàn)及水平軸拋物線(xiàn)等更有利于輸送物料。關(guān)鍵詞:葉片式拋送裝置;物料運(yùn)動(dòng);數(shù)值仿真;出料管;結(jié)構(gòu)改進(jìn)中圖分類(lèi)號(hào):S220．3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003－188X(2015)09－0045－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.010法對(duì)出料管內(nèi)氣固兩相流動(dòng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬，并將0引言數(shù)值模擬結(jié)果與文獻(xiàn)［6］出料管內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)高速攝像葉片式拋送裝置主要由拋送葉輪、

3、拋送外殼及出試驗(yàn)結(jié)果比較，驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算結(jié)果的可靠性。在此基料管等組成。工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的拋送葉輪所產(chǎn)生的礎(chǔ)上，對(duì)物料離開(kāi)出料管的速度隨出料管截面形狀、空氣流在出料管協(xié)助輸送物料。實(shí)際應(yīng)用中，葉片式出料直管段高度及彎管段形狀的不同而變化進(jìn)行對(duì)拋送裝置主要存在功耗大、效率低、容易堵塞及拋送比分析，從而確定出料管最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)。這樣無(wú)需制距離不能滿(mǎn)足要求等問(wèn)題。為了將物料拋送到指定造物理樣機(jī)就可獲得拋送裝置出料管的改型設(shè)計(jì)方位置，出料管由直管和彎管兩部分組成。物料由直管案，不僅縮短開(kāi)發(fā)周期，而且提高設(shè)計(jì)效率、設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)入彎管后與其上壁發(fā)生碰撞，然后沿彎管上壁運(yùn)

4、動(dòng)和一次開(kāi)發(fā)的成功率。直到被拋出。如果出料管的結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)不合理，物1物料運(yùn)動(dòng)模型的建立料與管壁的碰撞、摩擦能耗就會(huì)增大，物料離開(kāi)出料管的速度降低。這樣不但會(huì)使功耗增大、效率降低，葉片式拋送裝置工作時(shí)，由于氣流、物料以及殼拋送距離不能滿(mǎn)足要求，而且極易使裝置堵塞。體間的相互影響，使得物料運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜。建立物料目前國(guó)外主要采用試驗(yàn)研究方法通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)降運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型時(shí)需假設(shè):①研究物料均為農(nóng)業(yè)纖維物低葉片式拋送裝置的功耗、提高拋送效率及增加拋送料，屬于粘彈性生物物料，在與金屬葉片及外殼碰撞［1－3］距離。國(guó)內(nèi)主要通過(guò)理論分析和試驗(yàn)研究確定某過(guò)程中物料會(huì)發(fā)生

5、塑性形變。因此，計(jì)算過(guò)程中，假［4－6］些特定條件下拋送裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)。設(shè)計(jì)出的裝設(shè)物料與外殼的碰撞為非彈性碰撞。②出料直管內(nèi)置是否功耗小、效率高、不易阻塞且滿(mǎn)足拋送距離要的氣流速度保持不變，為平均氣流速度［7］。③裝置通求，還需加工出樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)才能確定，如不滿(mǎn)足要常在常溫下工作，因此不考慮氣固兩相之間的能量交求還需重新調(diào)整結(jié)構(gòu)及形狀參數(shù)。此種方式存在設(shè)換。氣相為不可壓縮流體，每相的物理特性均為常計(jì)研發(fā)過(guò)程周期長(zhǎng)、工作量大、成本高等缺陷，制約了數(shù)。④顆粒相為球形、粒徑均勻的物料顆粒，且不考產(chǎn)品質(zhì)量的提高。慮相變。鑒于此，本文在建立出料管內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)

6、模型1)出料直管內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)的方程為基礎(chǔ)上，采用Fluent計(jì)算軟件提供的歐拉－拉格朗日2dlmp2=Pa－mpg(1)dt收稿日期:2014－11－04基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51165025);內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金其中，mp為物料顆粒質(zhì)量(kg);l為顆粒流運(yùn)動(dòng)路項(xiàng)目(2014MS0512)徑(m);t為顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)間(s);g為重力加速度(m/作者簡(jiǎn)介:翟之平(1966－)，女，河北邢臺(tái)人，副教授，高級(jí)工程師，碩2士生導(dǎo)師，(E－mail)ngdzhaizhiping@163．com。s);Pa為氣流阻力或氣動(dòng)力(N)。則·45·2015年9月

7、農(nóng)機(jī)化研究第9期(υa－υp)υa－υp向葉片，葉輪轉(zhuǎn)速為1100r/min;所拋送物料為黃玉米Pa=mpg2υs秸稈切碎段，切碎長(zhǎng)度20～25mm，平均直徑15．43其中，υa為氣流速度(m/s);υp為物料顆粒運(yùn)動(dòng)速mm，平均密度92．1kg/m;方形進(jìn)料口邊長(zhǎng)為220mm，度(m/s);υs為物料顆粒懸浮速度(m/s)。進(jìn)料口處物料和氣流速度均為11m/s;喂入量為3．79物料顆粒剛離開(kāi)拋送葉片時(shí)，由于所受離心力大kg/s。將各已知參數(shù)值代入上述已建物料運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)公于氣流受到的離心力，則υa＜υp，Pa為負(fù)值，為氣流阻式(1)～式(3)。力;物料

8、顆粒在其重力、摩擦碰撞阻力及氣流阻力共選取整個(gè)葉片式拋送裝置的流動(dòng)空間作為計(jì)算區(qū)同作用下，速度