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敏化机设计及其搅拌槽内三维流场数值模拟
| 论文题名： | 敏化机设计及其搅拌槽内三维流场数值模拟 |
| 关键词： | 井下炸药装填车;敏化机;数值模拟;搅拌槽;三维流场;结构设计 |
| 摘要： | 井下炸药装填车是集原料运输、炸药混制、炮孔装填于一体的机电一体化高科技产品，被广泛应用在煤矿、金属等矿山开采过程中。乳化炸药井下装药车通常由地面辅助设施提供乳胶基质，并在工作现场敏化后输送入炮孔。敏化工序是井下装药车的最重要环节，所以敏化机的设计是开发井下装药车的关键。敏化的目的在于使炸药有合适的密度可以保证良好的爆炸性能。敏化的操作过程是将敏化剂加入乳胶基质中进行混合和搅拌得到乳化炸药，除了良好的工艺条件，搅拌器的合理设计，其结构形式和外形尺寸等是影响混合效率和效果的关键因素。 本文采用三维CAD软件Solid Edge对敏化机进行结构设计，然后利用流体力学软件FLUENT对敏化机搅拌槽内流场进行模拟仿真，分析两种搅拌桨形式下搅拌槽内流动场，考察结构设计的合理性。 本文采用CFD方法，选择MRF方法和标准k-ε模型，以水和乳胶基质为介质模拟了双螺带桨搅拌槽和多层斜叶桨搅拌槽内单相流的流场，比较了两种桨型的搅拌槽内流场，分析结果发现， 1.两种搅拌桨槽内牛顿流体和非牛顿流体所形成的流型差异较大。非牛顿流体形成较大的漩涡循环，而牛顿流体在轴两侧几乎呈垂直分布，接近槽壁处有小的循环。 2.两种桨型下不同流体轴向、径向和切向速度沿径向的变化规律不同。多层斜叶桨径向流动强烈，双螺带桨轴向流动强烈。 3.搅拌桨叶尖端迎流面受到的压力最大，相同转速和搅拌物系下，多层斜叶桨桨叶尖端压力更大，更容易造成桨叶的变形和损坏。 4.流场速度随着搅拌转速的增大而增加，搅拌转速对流型并无影响。 5.两种桨型相比，双螺带桨搅拌功率略大于多层斜叶搅拌桨。 选择搅拌效果较好的双螺带桨，采用欧拉模型，进行搅拌槽内固—液两相流的模拟，模拟结果发现，搅拌槽内固液两相流流型与单相流流场相似，混合液在双螺带搅拌槽内形成了以轴向循环为特征的流场，有利于提高溶液均一化速度，使两种物料得以快速、高效混合;搅拌槽内固相分布均匀，说明双螺带桨的混合作用较好。分散相玻璃微珠颗粒的加入使得固液两相体系的粘度高于单相乳胶基质的粘度，所以两相流的粘度高于单相连续相的粘度;出口处的固相体积分数表明固液两相在出口处形成的混合物搅拌均匀。 本文的研究结果对地下炸药装填车中敏化机的设计具有重要的实用价值和理论指导意义。 |
| 作者： | 韩兴丽 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 曹中清 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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