针盘式粉碎机圆柱齿钉二维绕流数值模拟.pdf

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1、第28卷第11期农业工程学报2012年6月TransactionsoftheChineseSocietyofA鲥culturalEngineering、，01．28No．1IJun．201227针盘式粉碎机圆柱齿钉二维绕流数值模拟黄鹏，李双跃※，刁雄(西南科技大学制造科学与工程学院，绵阳621010)摘要：为了分析针盘式粉碎机静囿柱齿钉的气动力学特性，利用计算流体力学(dieselengineemissionexperiments，CFD)方法，对粉碎机中二维单圆柞齿钉的绕流问题进行研究。在进行计算之前，采用均匀来流中的圆柱绕流问题

2、对计算模型进行验证，并且对数值计算中的网格和时间步长独立性均进行了算例考核。结果表明：在雷诺数小于200的范罔内。流动出现3种不同的流态：在稳定分离区中圆柱齿钉上的附着涡最大长度约等于齿钉直径，且附着涡随雷诺数增加出现了消亡的现象：在不稳定泄涡区流动只在较小的雷诺下呈现出J七J期性，圆柱肯钉上受到流体周期性的升力和阻力均很小，在较大宙诺数下，流动的无量纲频率增加，且不再由单个频率主导，出现了一个频带：在不稳定泄涡区的无量纲频率比均匀来流中的网柱绕流情况小一个数量级。该文为研究粉碎机圆柱齿钉在高雷诺数下的受力情况提供了参考。关键词：流

3、场，数据模拟，计算机流体动力学，针盘式粉碎机，圆柱绕流doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2012．11．005中图分类号：X712文献标志码：A文章编号：1002—6819(2012)一1卜0027—08黄鹏，李双跃，刁雄．针盘式粉碎机圆柱齿钉二维绕流数值模拟[J】．农业工程学报，2012，28(11)：27—34．HuangPeng，LiShuangyue，DiaoXiong．Numericalsimulationofflowaroundcircularcylinderinpinpulverizer[J]．

4、TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(11)：27—34．(inChinesewithEnglishabstract)0引言中国具有丰富的农作物秸秆资源[1I。如何将这些废弃的秸秆资源变废为宝，将资源充分利用己成为各国研究的一个重要课题【2。5】。其中一个十分有前景的处理办法是将这些秸秆、木屑等粉碎到一定的细度作为原料来生产人造板睁91。针盘式粉碎机(又叫销棒式粉碎机)由于其结构简单，占地面积小，

5、操作方便，生产能力大，能耗低，超细程度好．生产成本低，易拆卸保养，价格低廉等优点被广泛应用于各个行业。对于秸秆、木屑等韧性较强的生物质材料，可以将圆柱形齿钉改为三角形、柱形或刀片来对物料进行切割：同时还可以减小齿钉之间的径向间隙，增强齿钉之间的气流的剪切作用，使物料被撕裂，从而达到粉碎效果。针盘式粉碎机由于其广泛的戍用，得到了许多学者的关注f10-12]，但用流体动力学模型来研究粉碎机内部流体流动规律研究却少见报道。在已报道的研究中，刘东升等【13】建立了粉碎腔的流体动力学模型，研究了流场介质分别为液体和流体2种情况下流场的运动机理

6、。但他收稿H期：201I-]2-02修订日期：2012-02．20只计算了销棒之间所围成的流体区域，没有考虑销棒在整个流场中所造成的影响。吴浩【141对针盘式粉碎机进行了气同两相的数值研究，根据粉碎机的结构和r艺参数的变化，研究的粉碎区速度场和压力场的变化情况。但是他只是对二维稳态情况进行数值模拟，而根据均匀来流中圆柱绕流的研究来看，当雷诺数达到一定的临界值(Re-=49)之后，流态将是瞬态的，并且在雷诺数达到一定值(Re=150)之后，流动进入转捩区，并且呈现出明显的三维性Il引。网柱绕流作为流体力学中的经典问题，国内外许多学者都

7、对这个问题进行了大量的研究【16-25]，得到了许多有价值的数值计算和试验数据。这些成果也成为后来的研究者继续研究劂柱绕流的机理、验证计算模型的借鉴。但是，在针盘式粉碎机中的齿钉绕流问题的研究还未见相关报道。为了更好地理解粉碎机内部的流动情况，本文按照文献[14]将物理模型进行简化．且只考虑较简单的单个静止圆柱齿钉的绕流情况，对不同雷诺数卜．流场的流动状态和圆梓齿钉在流场中的受力情况进行研究。考虑到流动口J-能出现的三维惟和计算能力，本文只关注雷诺数尺P≤200的齿钉绕流情况，揭示流场运动规律。专台项i5国耋科技支撑计划‘201吣A

8、A04804b国家科技计划1数值计算方法09C262502330(1)。M4¨”⋯“作者简介：黄鹏(]987--)，男，四川泸州人，主要从事粉体装备的研究。绵阳西南科技大学制造科学与工程学院，621010。Email：huangtic