对撞式流化床超细气流粉碎机内腔流场研究

　　1前言对撞式流化床超细气流粉碎是利用高速气流的能量加速被粉碎颗粒，使之相互高速冲击、碰撞和摩擦，实现颗粒的超细粉碎。该技术广泛应用于石油化工、医药、农药、材料加工等诸多领域的超细粉体制备，产品细度可达O.lm，其优点是产量大、成本低、工艺简单，适用物料范围广，同时还具有产品粒度分布窄、颗粒表面规则、纯度高、分散性好等特点，是目前超细粉体加工行业实现规模化生产的主要方式之一。

　　对撞式流化床超细气流粉碎机问世于20世纪40年代，上世纪80年代后得以广泛应用，近年来不同结构型式的机型不断产生，国内外的研究多集中于机型或操作参数对粉碎产品的影响，研究粉碎机内部流场特征对于优化粉碎机结构型式具有重要意义，目前相关研究报道尚不多见。

　　本文采用计算流体力学（CFD）软件Fluent对一对撞式流化床超细气流粉碎机内部气相流场进行数值模拟，探讨粉碎机内腔气流场特性。并将模拟结果与试验测试结果相比较，验证数值计算的可行性。

　　2.粉碎机工作时进气压力为0.8MPa，分级叶轮转速为SOOOr.mT1.超细粉碎机内腔作为研究对象，分析用三维Navier-Stokes方程，计算方法为Segregated隐式方法：湍流模型选取标准两方程模型。压力速度耦合采用SIMPLEC算法，壁面附近采用标准壁面函数。

　　带测试孔粉碎机结构示意图由于粉碎机内部有涡轮分级机，整体网格结构复杂，除叶轮区域外，计算区域采用TGrid非结构化网格，分级叶轮所在区域定义为旋转区域，网格数目为2399859.进出口均采用压力边界条件，进口根据实际操作压力设定，出口为标准大气压，不考虑热交换屏蔽能量方程。收敛判据为A：、e等求解变量残差值小于3模拟结果分析根据计算结果绘制粉碎机内腔流线图，如所示，从图中可看出，气流在经过拉瓦尔喷嘴后速度明显提高，*高气流速度达1.27Xl3ms'在交汇点碰撞后携带颗粒上升到分级区域，经过高速旋转的分级叶轮，合格产品通过出口管路进入后续粉体捕集工序。粗颗粒返回粉碎区二次粉碎。由于分级叶轮及出口管为水平布置，处于分级叶轮下方的流线受离心分级叶轮的影响流线沿轴线呈非对称分布。粉碎机内腔速度梯度较大，为了较好显示流线分布规律，中显示速度范围为0SOm-s―1.由、可以看出气流从喷嘴喷出后，在喷嘴与锥形底之间形成涡流，卷吸底部粉体从而减少底部积料，并且气流与粉碎机内壁之间基本上没有碰撞，能够避免器壁磨损。由、可以看出，气流在进入分级区后，在分级叶轮旋转作用下，出口流线成螺旋状推进。气流在到达分级机底部时流动平稳，在叶轮旋转产生的离心力场作用下进入分级机内部，能够保证分级过为喷嘴平面速度矢量图，气流经过4个均匀安装在同一平面的拉乌尔喷嘴后，在喷嘴平面中心点处交汇，在喷嘴出口处气流速度达到*大值。气流携带被粉碎颗粒在中心高速碰撞实现超细粉碎。在喷嘴平面形成一定的旋流。在粉碎机壁面附近气流速度大为降低，颗粒与壁面之间的碰撞与磨损大为减少。

　　为了考察粉碎机内腔流场及检验数值模拟的可靠性，在距喷嘴平面300mm、400mm、500nun的粉碎机中间筒节区域设置Al、Bl、A2、B2、A3、B3流场测试孔，位置及方位如所示。截取通过Al、A2、A3、Bl、B2、B3直径上的三位速度绘制经过A1、A2、A3直径线段上的轴向、切向及径向速度并进行对降低，且呈现靠近出口位置速度方向向上，在分级叶轮S8可以看出，在中间筒节区域，轴向速度明显下方，受理性叶轮理性力场及出口管的影响，轴向速度方向向下，流场特征有利于粗大颗粒的分离并返回粉碎区再次粉碎。越靠近喷嘴平面轴向速度越大，越靠近筒节中心处速度越小，壁面附近速度基本为0，在轴心两侧速度方向相反，形成漩涡；从可以看出切向速度在轴心处和内腔壁面附近较大，较小值存在于轴心和壁面之间的区域，表明在轴心和壁面之间会有漩涡产生；从0可以看出，径向速度在轴心处达到*大，越靠近壁面速度越小，在内腔壁面处径向速度基本为0，表明气流与内壁之间基本不发生碰撞，气流携带颗粒不会对内腔壁形成磨损。

　　4内腔速度场测量及与数值计算结果比较采用MPU-系列三维流场智能测试系统对对撞式流化床超细气流粉碎机进行气流场测试，该测试系统采用五孔球形探针进行流场测量，利用五孔探针球面探头上任一压力感应孔所感受的压力与绕流圆球的速度有特定关系这一原理，通过每一感应孔处的测量压力值经过计算得出探头位置处速度的大小及方向。

　　在测量过程中，粉碎机进气工质压力为0.8M/，叶轮转速为6000〃111.探针在每个测试孔内从内壁到内腔中心处每隔10mm取一点测量。将A1测试孔沿直径方向的轴向速度、切向速度及径向速度的测量值与模拟值进行对比，如1、2、3所示。图中横坐标起始为-130表示粉碎机壁面，横坐标为0表示粉碎机内腔流场模拟建立了一个简单有效的模型，有利于气流粉碎机内腔流场及结构优化的进一步研究。

　　基金项目：受实际测量过程中压力波动、探针伸入粉碎机内部后位置精度以及探针对流场本身的影响，所以理想状态下的模拟值与试验测量值存在一定的偏差。但是通过对比发现模拟结果与测量结果仍然具有较好的吻合，模拟值和测量值的变化趋势一致，从而说明模拟结果具有可行性5结语经过对模拟值和实验测量值进行对比后发现可以采用A：-￡两方程模型对对撞式流化床超细气流粉碎机的内腔气流场进行数值模拟。流场的数值计算结果可直观显示粉碎机内部流场，给对撞式流化床超细气流粉碎国家重大科学研究计划资助，项目号：2006CB932504