空气旋流加速器的研制

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1、摘要铸造型砂吸送的管道磨损一直是阻碍行业发展的诟病。受到自然界龙卷风抽吸现象的启发，本文探索了空气旋流集中吸送物料的新途径，提出一种新的铸造吸砂装置方案——空气旋流加速器。本文基于惯性离心力、粘性阻力和压力梯度力的三力平衡力学模型，分析了空气旋流在输料管道内的运动，对物料在喉管抽吸和高速旋流共同作用下实现旋流集中吸送的可行性进行了定性分析，确定了保障旋流集中吸送物料时喉管入口和旋风入口临界风速。利用皮托管测速原理，对空气旋流加速器在不同结构及操作参数下入口和输料管道内静压、风速进行测试。试验研究发现，喉管长度对空气旋流加速器的旋

2、流集中吸送影响很大，即在本试验条件下存在某一最佳喉管长度值600ram，而这一最佳长度直接关系到输料管道过流断面的静压梯度变化和径向压力梯度力的分布；旋风和喉管入口面积比对两入口风速的分配和输料管道静压分布均有适量影响，在较低系统负压下入口面积比的增大有利于整个吸送系统的旋流集中抽吸；在本试验条件下，适当地提高系统负压可增大旋流抽吸能力，物料在管道内集中吸送的效果也表现得更为突出。首次将计算流体动力学软件FloWizard引入管道内三维强旋流的数值模拟研究工作中，建立了合适的雷诺应力模型。数值模拟的计算结果与实验测试结果进行比较

3、，验证了本文试验模型的正确性。由此分析了喉管长度、入口风速和系统负压对输料管道内静压分布、三维速度场变化的影响，以及管内旋流湍动能和湍动能耗散率的分布规律，确定了旋流集中吸送的有效区域，推导出管内旋流径向速度预测公式。并应用BP网络对实验测试结果进行人工神经网络分析，得到了理想的参数优化预测模型。关键词：龙卷风；旋流吸送；数值模拟；人工神经网络AbstractThePipewearingisstillapuzzletothefoundrysanddelivering．Cycloneacceleratorisputforward弱

4、anewdispenserbymeansoftheexploratoryanalysisofcentralcyclonesuction，baSedonthesuctionphenomenonoftornado．Inthisdissertation，itisconsideredthatthemechanicalequilibriumconditionofcentrifugalforce，viscousdragandpressuregradient·force．11lemovementofcyclonegasinpipe，thefe

5、asibilityofcentralcyclonesuction，andtheinletscriticalvelocitiesareanalyzed．Thetestdatasuch勰staticpressuresandinletvelocityinvariousparametersaregatheredbypitotmeasureprinciple．Itisfoundthatthesizeofthroatpipeisanimportantfactorthataffectsthecentralsuctionperform知acew

6、hichhelpstoachievetheoptimummaterialflowdependedonthegradientdistributionsofstaticpressureandradialthrustinthewater-carryingsection．Thebestlengthis600mmunderthiscondition．Itisobservedthatanincreaseofcyclone·throatinletarearatioisfavorabletothecentralsuctionsystem，and

7、alsoinfluencesontheallocationofinletvelocity,staticpressureinpipe．Inaddition，withinareasonablescopeofparameters，canincreasethesystempressureanditisoutperformedismoreadvantageousthanenlargingthefrictionlessdelivering．FloWizardisfirstusedinthenumericalsimulationresearc

8、hofthethree．dimensionalrotationalflowinpipebasedontheReynoldsstressmodel．ItisfoundthattheresuRsofnumericalsolutionareinsatisfactory