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研讨桨叶立式捏合机搅拌桨叶应力与温度数值论文范文

摘要:本论文从5L立式捏合机为探讨对象,采取CFD数值模拟的办法对固体推进剂混合流场进行分析探讨,从计算机为工具对桨叶进行应力分析与比较,进而得到锅壁上的压力及温度分布状况,为测试体系中传感器的安装提供参考依据。首先,通过确立料锅内径D、最小间隙e、空心桨螺旋角a2,及两桨叶角速度ω。,ω2等五个独立参数,使用三维建模软件进行了桨叶的参数化建模工作,实现了桨叶的参数化计算机辅助设计,包括空心桨叶、实心桨叶的实体建模从及复杂桨叶三维造型的办法,为桨叶的探讨工作奠定基础。其次,应用计算流体力学论述,确定了壁面与物料无滑移、混合流场封闭、向下的重力加快度、物料的粘度和密度等边界条件,并对混合物料进行非结构的网格划分。再次,从计算机有限元分析软件为工具,利用动网格更新办法对混合流场进行瞬态模拟,通过编译C语言源代码实现施加各种复杂的边界条件,完成混合历程的数值模拟,对速度场、压力场、粘度场进行分析与论述比较,因此确定立式捏合机混合流场数值分析与预测办法。然后,通过论述分析和数值模拟,结果表明:桨叶转速与剪切应力成正比例联系,转速高,剪切应力越大,即混合能力越强,同时对桨叶的强度要求也越高;在搅拌的历程中,粘度值随着物料速度的增多而增多的,在粘度超过某个值时(本例中600Pa.s),桨叶剪切应力力急剧上升,但同时流量反而减小,此时对搅拌效率并无提升,并且对桨叶的强度要求较高;在混合物料中,固体组分的增多会对剪切应力有较大影响,固体比例越高桨叶剪切应力越大,对桨叶要求越高,所从一般制约在40%-75%左右。转变桨叶转向和实心桨相位,进行数值模拟,得出:搅拌锅壁上的应力呈周期性变化,所从测试体系中传感器可从均匀分布;正转时,物料运动方向向下,锅底应力较大且集中在锅底边缘附近和中心位置,反转时,物料向上翻滚,故间断的转变桨叶的旋转方向可从提升混合效率。使用流场中的压力,通过UDF办法对流场温度进行数值模拟,结果表明:桨叶叶刃及最小间隙附近流场温度较高,接近锅底部的叶尖处温度最大,故此处对桨叶抗温度变形的要求较高;锅壁温度分布较均匀,但底部温度主要集中锅底边缘和中间,所从测试体系中温度传感器应在离锅底边缘不远处和锅底中心。 关键词:捏合机论文 空心桨叶论文 实心桨叶论文 混合流场论文 数值模拟论文 应力论文 温度论文
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    摘要3-5

    Abstract5-9

    1 绪论9-20

    1.1 探讨的目的及作用9-10

    1.2 国内外探讨情况与进展10-18

    1.2.1 高粘度流体混合机理10-11

    1.2.2 固体推进剂混合设备的探讨与进展11-14

    1.2.3 实验分析评定法对混合流场的发展14-16

    1.2.4 CFD数值模拟法对混合流场的发展16-18

    1.3 论文的主要探讨工作18-20

    2 立式捏合机桨叶的参数化建模20-29

    2.1 参数化建模论述20

    2.2 不足描述20-21

    2.3 参数的确定21-22

    2.4 桨叶几何联系的确定22-25

    2.5 参数化建模的实现25-28

    2.6 本章小结28-29

    3 立式捏合机内部流场的数学模型29-40

    3.1 流场的数学模型29-34

    3.1.1 非牛顿流体的本构联系30-32

    3.1.2 不可压缩流体守恒方程32-34

    3.2 边界条件的确定34-36

    3.2.1 立式捏合机混合流场的处理办法34-35

    3.2.2 边界条件35-36

    3.3 网格的划分36-39

    3.3.1 混合物模型的建立36

    3.3.2 网格划分36-39

    3.4 本章小结39-40

    4 混合流场的数值模拟40-56

    4.1 动网格不足的建立40

    4.2 网格的更新及源代码的编译40-44

    4.3 混合锅内的速度场44-46

    4.4 混合流场的压力场46-49

    4.5 混合流场的粘度场49

    4.6 混合流场的温度场49-50

    4.7 结论50-55

    4.7.1 混合流场压力分布分析50-54

    4.7.2 混合流场温度分布54-55

    4.8 本章小结55-56

    5 总结与展望56-59

    5.1 课题总结56

    5.2 探讨展望56-59

    参考文献59-62

    攻读硕士学位期间发表的论文62-63

    致谢63-66

    附录66-68

进行数值模拟,得出:搅拌锅壁上的应力呈周期性变化,所从测试体系中传感器可从均匀分布;正转时,物料运动方向向下,锅底应力较大且集中在锅底边缘附近和中心位置,反转时,物料向上翻滚,故间断的转变桨叶的旋转方向可从提升混合效率。使用流场中的压力,通过UDF办法对流场温度进行数值模拟,结果表明:桨叶叶刃及最小间隙附近流场温度

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