超细振动磨机的粉体流场模拟与粉磨机理研究

随着现代高新技术产业、新材料产业和矿物深加工技术的不断发展，冶金、矿山、化工、建材、医药等相关领域不仅对各类超细粉体产品需求量不断增大，而且对粉体的原材料的质量提出了更高的要求，如具有细微和超细微的颗粒、严格的粒度分布和特定的颗粒形状等。本项目拟从超细振动磨机粉磨机理入手，基于少发生粉体絮凝的前提下，运用计算流体力学CFD方法对超细振动磨机进行流场仿真数值模拟，研究分析磨机腔内粉体的速度梯度、流场的剪切率分布和粘性耗散率等流场特性；建立基于ADAMS的超细振动磨整机三维动力学模型和粉体运动轨迹模型；通过仿真分析，研究超细振动磨机筒体及粉体的运动学与动力学特性规律，优化其工艺参数和结构参数，为超细振动磨的优化设计和节能优化运行提供理论依据。这不但有利于进一步丰富振动磨机粉磨理论，而且对进一步提高粉体制备技术水平，提高工业矿物资源的合理与高附加值利用水平具有指导意义。

根据研究计划和研究目标，项目首先借鉴粘性流体的研究方法，分析了离散体（粉体，下同）微团的运动，无旋运动和有旋运动，建立了连续性方程、动力学基本方程、动量方程。进而，从理论上对超细振动磨机滚筒空间内的磨介及离散体（物料颗粒）运动进行了描述。即先从理想离散体体入手，讨论了离散体微团的平面有势运动、简单运动、复杂运动，离散体绕圆柱体的运动以及绕球体的运动；推导了相关运动的流函数和势函数。探讨了超细振动磨机离散体运动学特性，包括离散体运动与充填率的关系、离散体应力场分布与莫尔应力圆以及磨机滚筒内功能区域确定，通过运动学算例仿真，该方法能够反映超细振动磨机的工作状态。针对离散体粘性力进行了试验研究，建立了粘性力与剪切位移、粘性系数模型，通过试验验证，由于离散体粘性力正比于粘性系数，粘性力将随离散体运动速度的增大而增大。进行了离散体团聚性对超细振动磨机粉碎影响的试验，建立了离散体受力的物理模型,讨论了惯性力对离散体颗粒团聚的影响，对粉碎产品进行了电镜观察，得出由于离散体的高速运动，团聚性对超细振动磨机粉碎影响较小。探讨了实际离散体绕圆柱体运动规律，研究了实际离散体绕圆柱体运动时圆柱体表面正应力与剪切力分布关系，讨论了离散体质点运动时均化及雷诺应力，提出正是这种雷诺应力，引起了离散体颗粒之间的跳动和动量交换，加剧了磨介与颗粒或颗粒与颗粒进行冲击、剪切和研磨，进而使物料得到粉碎。