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盾构螺旋输送机输送特性仿真分析
| 论文题名： | 盾构螺旋输送机输送特性仿真分析 |
| 关键词： | 盾构螺旋输送机;输送特性;仿真分析;CFD软件 |
| 摘要： | 螺旋输送机是土压平衡盾构机（EPB）密封仓压力控制系统的关键部件，其工作时，需要精确控制排土量，使其与盾构开挖量相匹配，达到准确控制密封仓压力的目的。但由于渣土在盾构螺旋输送机内呈非常复杂的塑性挤压运送状态，其排土量受多种因素的影响，不能仅仅通过调节螺旋输送机速度来精确控制，所以很难保证排土量与开挖量的平衡。另外，盾构机掘进时，需要通过复杂的地层环境，这会使螺旋输送机的密封性能发生波动。所以当盾构机穿越富水地层时，若密封失效，将有很大几率发生喷涌等恶性事故。针对以上工程问题，研究盾构螺旋输送机进出口压差、渣土流变参数、螺旋输送机结构参数和螺杆转速等关键参数对密封性能和输送特性的影响规律并对其进行仿真分析，可有效改善EPB盾构机的可靠性，对盾构施工安全具有十分重要的意义。 近年来，非牛顿流体力学的研究随着计算流体力学（CFD）的发展而不断完善，这为盾构螺旋输送机的研究开辟了一条新的途径。本论文以我公司生产的某一类型盾构装备作为模型基础，利用三维软件建立较为精确的简化模型，然后使用 CFD计算流体力学软件，对不同工况进行仿真，分析各关键参数对盾构螺旋输送机密封性能和排土率的影响规律，为后续优化螺旋输送机关键参数，更好的应用于工程实践提供理论依据。 本文的主要内容包括以下几个方面： （1）提出了一种在Fluent软件中自定义仿真介质模型的方法，其流变参数与压力变化具有相关性，可更好的描述非牛顿流体；进而，通过自定义仿真介质粘度模型和密度模型，在仿真计算中实现了对改性渣土流变特性的数值模拟，使仿真结果与现实状态吻合度更高。 （2）采用Fluent软件对盾构螺旋输送机内渣土运送状态进行了仿真计算，通过仿真结果对稳定状态下螺旋输送机内的压力场和速度场分布规律进行了分析，得出了其在稳定状态下的输送特性规律。 （3）通过数值仿真方法研究了盾构螺旋输送机的承压密封性能以及进出口压差、渣土流变参数、螺旋输送机结构参数和螺杆转速等对其输送特性的影响规律。在此基础上，提出了各关键参数对盾构螺旋输送机排土率影响规律的回归方程，为以后优化设计螺旋输送机并更好的应用于工程实践提供理论依据。 （4）以盾构螺旋输送机输送特性仿真结果为理论依据，在工程实践中对渣土改良及螺旋输送机排土控制策略进行了试验研究，验证了仿真结果的正确性，并取得了良好的理论指导效果。 |
| 作者： | 姚学峰 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 孙伟;高伟贤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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