近年来,随着石油化工和冶金企业的规模扩大,危险化学品在生产、储存以及运输过程中的火灾事故频次、规模有所增加。化学性质活泼的金属与油类着火,无法使用水进行灭火。针对此种情况,研制一款满足远距离和连续抛撒固态物料的机械设备,对缓解忌水危化品火灾的严峻态势具有很大的帮助。本文借鉴青贮饲料收获机、抛雪机等机械装置的工作原理,设计了一种叶片式抛沙装置。利用理论分析、仿真模拟、试验研究对颗粒运动、抛撒效果进行分析。(1)对抛沙装置的工作原理进行介绍,分析了颗粒在叶轮、抛出筒以及离开装置后的受力情况。根据理论分析,对抛沙装置的设计提出了建议:抛沙装置的进料位置应该位于叶轮旋转区的下侧,同时也应该适当的提高叶轮的转速;在设计抛出筒时,要考虑沙粒离开叶轮的飞行轨迹,减小沙粒与壁面的碰撞角度以及抛出筒的长度来减少能量损失。(2)采用计算流体力学软件FLUENT和离散元软件EDEM耦合的方法对不同叶片参数的抛沙装置进行数值模拟,获得装置气流流场的基本特征和颗粒运动参数。分析发现,叶轮外侧的气流速度明显高于叶轮内侧;出口位置处颗粒的平均速度受叶片安装角影响较大,随着安装角从后倾向前倾的转变,颗粒速度逐渐增大,出口处颗粒速度分布呈现Gauss分布。(3)对叶轮旋转区的颗粒进行高速摄像试验研究。获得颗粒的运动规律,前倾10°叶片抛出角最大,抛出角约为107°,后倾10°叶片抛出角最小,抛出角为76°,前倾10°叶片中颗粒运动速度为12.5 m/s,径向叶片为10.7 m/s,后倾10°叶片为7.7 m/s;将试验图片与仿真图进行比较,仿真与试验相似度很高。(4)设计抛沙平台进行抛撒试验,获得9种不同叶轮形式的平均抛撒距离,利用方差分析得到叶片倾角对平均抛撒距离的影响较大;对抛出沙子分布进行研究,在纵向分布上,前倾叶片使沙子分布呈现为二次函数形式,径向与后倾叶片呈现为线性分布。根据本文的研究结果,CFD-DEM耦合方法的仿真模拟可以很好地研究颗粒的运动,其仿真结果也比较符合实际。文章通过高速摄像研究与抛撒试验获得了颗粒抛出角以及沙子分布规律,这些为抛沙装置的下一步优化提供参考与方向。