基于数值仿真技术的混合机理的研究毕业论文

 2021-04-07 02:04

摘 要

随着计算机技术尤其是数字仿真技术以及离散颗粒数值仿真分析软件EDEM理论及技术的不断发展和完善,三维数字仿真技术在物料混合的研究中已经获得了广泛的应用。本课题是以筒体内两种颗粒混合搅拌的过程作为研究对象。本课题应用计算机软件EDEM对梨铧式强力混合机的三维混合流场进行速度,流量等的数值进行模拟。然后分析得出来的各种数据。

本课题我们选用犁刀式强力混合机来作为研究混合机理的对象,犁刀式强力混合机是德国罗地格公司自1949年发明的卧式强力混合机,其主要由圆形筒体、传动机构、犁铧四部分组成,本课题利用计算机辅助设计软件完成犁刀式强力混合机的设计。之后再将两种离散颗粒逐渐加入混合机内从而来得到我们所需要的数据。

根据EDEM软件的数值仿真结果表明,在两种颗粒的比例设定为1:2的时候,当我们旋转筒体运行到13秒的时候,颗粒混合效果最优。

关键词:离散单元法;数值仿真;EDEM;混合机;

Research on mixing mechanism based on Numerical Simulation Technology

Abstract

With the development of computer technology, especially the development of digital simulation technology and numerical simulation software EDEM theory and technology and improvement of 3D digital simulation technology has been widely used in the mixing industry. In this paper, the mixing process of two kinds of particles in cylinder is studied, which is to study the mixing principle of mixer. The application of computer software EDEM on pear mouldboard intensive mixer mixing flow of various three-dimensional velocity, numerical flow simulation. Then, the various data are analyzed, and finally the optimal parameters of the mixture are given.

In this paper we use Coulter mixer as the research object of strong mixing mechanism, Coulter type mixer is a powerful German company since 1949 Luo ground horizontal invention intensive mixer, which is mainly composed of a circular cylinder, a transmission mechanism, are composed of four parts, this paper according to the three coordinate measuring data to reconstruct the entity structure, the use of the computer aided design software to complete the design of strong Coulter mixer. The two discrete particles are then added to the mixer to obtain the data we need.

According to our results using EDEM software, when the ratio of the two particles is set to 1:2, when we rotate the cylinder to 13 seconds, the particle mixing effect is optimal.

Key words: discrete element method; numerical simulation; EDEM; mixer;

目 录

1 绪论 1

1.1 课题研究意义 1

1.2 混合机国内外发展现状 1

1.3 混合机的发展趋势 5

1.4 本课题主要完成的工作 5

2 犁刀式强力混合机的结构设计方案 7

2.1 传动方式确定 7

2.2 基本尺寸的确立 8

2.3电动机的选取 9

2.4 筒体部分的设计 10

2.5 主轴系统的设计 13

2.6 本章小结 17

3 混合过程的EDEM仿真分析 17

3.1 EDEM仿真软件介绍 18

3.2 离散元基本理论 20

3.2.1 颗粒接触模型 20

3.2.2 接触算法 23

3.2.3 EDEM计算过程 24

4 犁刀式强力混合机的模拟 27

4.1 混合机的混合模拟分析过程 27

4.2 本章小结 30

总结与展望 31

致 谢 32

参考文献 33

1 绪论

1.1 课题研究意义

本论文是运用数值仿真技术研究犁刀式强力混合机的混合机理,也就是不同物料在混合机混合时的各种数据的研究。物料的混合在工业生产中是十分重要的环节。混合的好与坏对于产品来说十分的重要。本论文运用离散元数值仿真技术对犁刀式强力混合机在不同参数结构下的的混合过程进行模拟仿真,通过这种方法找到混合机的结构参数和物料混合之间的关系,为更多相关行业的混合设备的创新和发展提供参考[[1]]。在很多专业领域,离散元仿真技术不仅得到了大部分人的认可,也取得了许多可喜的研究成果。比如在颗粒设备和处理装置的分析和结构设计的领域就有很大的应用。对于机械产品的离散元的仿真一定要重点思考并且解决以下几个地方的技术问题:运动时候磨损的问题、几何模型的表面形状;复杂的几何边界模型和离散颗粒之间的碰撞判断问题,最后就是离散元仿真软件的运用和设计方面的问题[[2]]。

本论文对犁刀式混合机的混合机理进行了研究,为了更准确的得到详细的数据,所以运用了离散元数值仿真技术,离散元数值仿真技术能够根据数据模拟出复杂的系统,还不需要运用简化的假设来解析,这种方法科学的运用了牛顿第二运动定律与颗粒的接触几何模型计算出颗粒运动的分布的模拟方法[[3]]。可以更准确地反映出颗粒运动过程中颗粒相互碰撞的本质。离散元数值仿真能够在节省经费,节省时间、节约劳动力的情况下更好地对物料混合时的各种参数有一个全面的了解,还能及早发现实验过程中可能发生的错误从而及时修正它。

1.2 混合机国内外发展现状

混合机是运用重力和机械力等力将两种或多种物料混合在一起的机械设备,混合机在机械设备里是一种很复杂的机器,它能运用在许多领域并且在许多方面都起着举足轻重的作用,本课题通过对其混合机理的研究,能够让人们对混合机有更加全面的了解和认识。而要对混合机理进行研究,必须要通过数值仿真技术才能最准确的得出各种我们所需要的数据,比如物料的流动速度的分布情况,形态和接触力的分布情况等。现在国内外有许多关于这些的研究,比如:

静态混合器是一种新式高效率的化工混合设备,这种混合器问世于上世纪七十年代,静态混合器内流体的混合机理是它其中的液体流动是层流和湍流两种状态都存在,当流体本身粘度较大,流动速度较低时,混合器内的流动状态为层流状态;而当液体粘度值较小,流动速度相对较高时,静态混合器的内壁里面的环境处于湍流状态。根据混合的位置移动的手段不同,静态混合器可以分为两类:第一类是以多管路的相对位置移动,这种静态混合器的结构不会使流体产生剧烈的涡流,所以这类混合器主要用于层流混合,如SMV型、科马克思静态混合器等。第二类静态混合器主要是管路断面发生了相对位置移动,如直联式混合器、N型管道混合器等。静态混合器拥有分散效果好、投资较少、操作范围广、结构紧凑,可靠性高等。通过数值仿真技术能够在节省经费,节省时间、节约劳动力的情况下更好地对之后的实际操作所得出的数据有一个全面的认识,还能及早发现实验过程中可能发生的错误从而及时修正它[[4]]。

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