卧式螺带饲料混合机数值模拟及优化

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卧式螺带饲料混合机是饲料加工生产中的主要设备之一,其内部的流动特性和混合特性对混合效率有很大影响。随着计算机性能的不断提高和计算流体动力学(CFD)技术的发展,采用试验研究和数值模拟相结合的方法,在饲料混合机领域进行了多方面的研究工作,但目前的研究主要集中于桨叶式混合机,对螺带式混合机的研究较少。本文利用CFD软件FLUENT对卧式螺带混合机内的三维流场和混合特性进行数值模拟,获得混合机内流场的运动规律并对工作参数进行优化,从而为卧式螺带混合机在饲料工业中的选取与设计提供可靠依据。本文以卧式螺带混合机为研究对象建立数值分析模型,气固两相模型采用混合模型,湍流模型采用标准k模型,对转子的处理采用多重参考系法(MRF)。主要研究内容如下:(1)建立数值分析模型。在CATIA中建立螺带转子三维模型,将混合机机体简化为O型,在FLUENT前处理软件GAMBIT中生成与实际流场几何形状和边界条件基本符合的网格模型。(2)流动特性分析。研究分析了流场速度、湍动能等的变化情况,结果显示卧式螺带混合机内外螺带运动速度方向相反,且在内外螺带交汇处出现明显湍流,促进对流混合;外螺带区域速度大于内螺带区域速度,促进剪切混合作用。(3)混合特性分析。在混合机内加入示踪剂,模拟混合过程中示踪剂浓度随混合时间的变化情况。研究表明,由于螺带混合机内物料轴向循环使得机体内各个点示踪剂浓度变化比较均匀,且趋势基本一致,得出在转速为40r/min,填充率为70%时,混合均匀时间为70s。参考相关实验文献,对混合特性进行试验对比,验证所建立的数值模型准确可靠。(4)工作参数优化。改变混合机内物料填充率及转子转速,分别对其混合特性进行研究。分析显示,填充率对混合效果影响不大,但对混合能耗有较大影响;随着转子转速的增大,混合时间随之减小,能耗依次增大。结果显示,该混合机填充率为70%时,最佳转速为40r/min。
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