立式螺旋搅拌磨机粉磨过程数值模拟研究

立式螺旋搅拌磨机的工作原理,研究了磨矿性能指标和工艺参数,推导出功率计算公式;分别利用离散元和流体力学方法建立模型对粉磨过程进行了数值模拟研究,最后利用离散元与有限元耦合的方法研究了搅拌器在工作中的应力应变,分析并优化了其结构。论文通过查阅国内外文献,介绍了立式螺旋搅拌磨机的研究背景和意义,综述了国内外应用和研究现状。分析并总结了国内外搅拌磨机的破碎理论、研究方法和研究结果,分析了粉磨机理并对三种主要破碎方式进行理论分析。研究了介质应力强度、颗粒碰撞次数等磨矿性能指标。讨论了结构及特征参数对磨矿效果的影响,推导出磨机的功率。利用离散元方法,建立了立式螺旋搅拌磨机仿真模型,分析了启动力矩和功率,研究了介质球在磨机内部运动轨迹、速度分布和碰撞能量谱,提取了搅拌器压力分布、能量损耗和磨损云图,得到了有效研磨区域。针对磨机转速、搅拌器导程和颗粒尺寸分布分别研究其对粉磨效果的影响,最后提出综合磨矿指标,利用正交试验分析各因素对磨矿效果的影响,得到了在特定权重系数下的最优磨矿组合。利用流体力学的方法提出单相牛顿流体假设并建立仿真模型,在湍流流场下对磨机进行了分析。分析了流体的流动情况、速度等值线,研究了湍流强度和湍动能,得到的有效研磨区域与离散元的结果一致,说明了两种研究方法的可行性。针对磨机转速、搅拌器导程和流体粘度三个变量,分别研究各个因素对破碎效果的影响,发现转速和粘度对流体运动影响较大。基于EDEM-Workbench耦合方法对工作中的搅拌器进行受力分析,研究得出搅拌器在工作中由于一端支撑导致上端应力较大、下端应变较大,容易产生偏摆现象,影响磨机的稳定运行和效率,提出了增大搅拌轴上端直径的方法,结果验证能够改善搅拌器偏摆现象,对提高磨机的综合性能具有重要意义。本文通过对立式螺旋搅拌磨机粉磨过程分别进行离散元和流体力学仿真分析,阐述了研磨机理,得到了工艺参数对磨矿效果的影响,基于离散元与有限元耦合对关键部件搅拌器进行结构改进,提高了磨机的综合性能,为立式螺旋搅拌磨机的结构设计和性能研究提供了参考。