專利名稱：雙級活塞推料離心機加速盤流場可視化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及雙級活塞推料離心機加速盤流場可視化方法；雙級活塞推料離心機加速盤的建模和計算技術，特別是涉及加速盤中不同導流結構和葉片形式的參數化建模方法和加速盤的瞬態(tài)瑞流計算方法。
背景技術：
由于雙級活塞推料離心機具有操作連續(xù)、分離效率高、生產能力大、濾餅含濕率低、裝置緊湊等特點，被廣泛應用于化工、冶金、煤炭、制藥、紡織等行業(yè)中，取得了顯著的經濟效益和環(huán)保效益，因此其性能研究受到國內外設計人員和科研工作者的重視。
傳統的雙級活塞推料離心機一般用于分離固含量較高的懸浮液，如固含量在50%左右的鹽或者堿液。隨著工業(yè)中對產品質量要求的提高，某些物料在經過一次過濾后，固含量雖然已經達到85%以上，但仍無法滿足生產要求，還需要進行進一步脫水，而由于物料固含量過高，形態(tài)發(fā)生變化，基本呈散顆粒狀，因此，原來的離心機已經無法完全適應新物料對過濾的要求，需要進行一定的改進。將雙級活塞推料離心機用于這種散顆粒狀物料的離心過濾脫水時，存在許多問題亟待解決，與物料性質相關的主要有兩個方面一是由于物料流動性差，造成物料在離心機內部分布不均，離心機發(fā)生較大振動；二是物料與一級轉鼓上的篩網發(fā)生碰撞，導致物料顆粒破碎，嚴重影響產品質量。加速盤是離心機中的重要部件，安裝在布料系統中，用于加速分配物料，減小物料到達轉鼓時與轉鼓內篩網的線速度差，緩解篩網對物料的沖擊，保證物料的顆粒完整性，同時加速盤中物料的運動將最終決定轉鼓上物料的分布情況，如果分布不均，就會引起離心機振動。目前，國內外對這部分結構的研究較少，只有一些國外離心機廠家提到過安裝導向塊來改善物料運動情況，但都是用于過濾懸浮液。隨著生產中分離物料范圍的拓寬，以及對產品質量要求的提高，加速盤的研究受到越來越多的關注，通過流體模擬技術可以全面掌握加速盤中流場的運動情況，以便根據不同物料在不同加速盤中的運動情況，對加速盤結 構進行改進。

發(fā)明內容
基于上述問題，本發(fā)明提供了一種雙級活塞推料離心機加速盤流場可視化的方法，利用圖形界面和計算機實現加速盤的參數化建模以及對參數化模型進行流場計算，并將計算得到的物料運動情況輸出，使用人員可以根據對物料運動的要求，對加速盤結構進行一定的設計，最終得到合理的加速盤結構。本發(fā)明所提出的雙級活塞推料離心機加速盤流場可視化的方法，利用圖形界面進行相關離心機和加速盤參數的輸入，利用計算機實現加速盤的參數化建模以及對參數化模型進行優(yōu)化處理，本發(fā)明的技術方案如下
一種雙級活塞推料離心機加速盤流場可視化方法，步驟如下
I)選擇雙級活塞推料離心機型號，設置模型高度，設置加速盤模型進口參數，包括物料進口和氣體進口，設定進口的半徑和進口段長度；2)選擇葉片類型，在無葉片、直葉片、圓柱葉片和自定義葉片中選擇一種，選擇無葉片時不需輸入任何參數，選擇直葉片時需要設定葉片內外半徑，選擇圓柱葉片時還需要選擇圓柱曲線類型，在漸開線、等變角螺旋線和可控包角曲線中選擇一種，前兩種曲線需要設定曲線內外半徑和進出口安放角，可控包角曲線需要設定曲線內外半徑、進出口安放角和包角，選擇自定義葉片時，需要輸入點坐標，進而得到相對曲線的葉片；3)選擇導流結構，包括無導流、尖圓錐導流和平圓錐導流，選擇無導流結構時無需輸入任何參數，選擇尖圓錐導流時需要設定圓錐高度和底面半徑，選擇平圓錐導流時需要設定圓錐高度和上下表面半徑；4)調用Gambit軟件，建立加速盤三維模型，模型包括進口段、葉片旋轉區(qū)和出口三個部分；
5)并自動進行網格劃分和邊界條件設置，網格類型默認設置為四面體網格，需要設定網格尺寸，最后輸出能夠被Fluent調用的模型文件；6)設置物料參數，包括物料的密度和顆粒粒徑；7)調用Fluent軟件，自動設置計算方法、湍流模型、多相流模型、邊界條件和迭代參數，其中迭代參數可以自行設定，對加速盤內進行三維瞬態(tài)湍流分析；8)輸出物料運動的速度結果。下面闡述具體的實施步驟I)啟動加速盤參數化建模計算程序；2)建立一個新項目文件，以保存以下操作；3)通過界面操作選擇雙級活塞推料離心機型號，并設置模型高度； 4)設置模型進口參數，通過圖形界面輸入物料進口和氣體進口半徑，以及進口段長度；5)選擇葉片類型，包括無葉片、直葉片、圓柱葉片和自定義葉片；6)設置葉片參數，無葉片無需界面輸入任何數值，直葉片需要輸入葉片內外半徑；圓柱葉片中選曲線包括等變角螺旋線、漸開線和可控包角曲線，等變角螺旋線需要界面輸入內外半徑和進出口安放角，漸開線需要界面輸入內外半徑和進出口安放角，還需要選擇曲線的起用包角和終止包角；可控包角曲線需要輸入內外半徑、進出口安放角和包角；7)進入導流結構選擇葉片；8)通過界面設置導流結構參數，無導流結構不需要輸入任何參數；尖圓錐導流結構需要在界面中輸入高度和底面半徑；平圓錐導流結構需要在界面中輸入高度和上下面的半徑；9)輸入網格尺寸，網格類型默認為四面體網格；10)將上述設置參數寫成能夠被Gambit讀取的jou文件；11)程序調用Gambit,讀取jou文件,生成模型,并自動分配邊界條件；12)輸出能夠被Fluent讀取的msh文件；13)通過界面設置加速盤中物料的性質，包括密度和顆粒直徑，密度在界面中給出的數值中選擇，或自行輸入，顆粒粒徑在界面中給出的數值中選擇，或自行輸入；
14)通過界面設置加速盤旋轉速度和進口物料和空氣的速度，旋轉速度在界面中給出的數值中選擇，或自行輸入；15)設置計算參數,默認時間步長為O. 005s,步數為160,每步迭代100次,用戶也可自行輸入；16)利用VB生成能夠被Fluent讀取的jou文件。17)調用Fluent,讀取jou文件,并進行流場計算；18)提取流場模擬結果。、本發(fā)明優(yōu)選下列條件離心機類型有P-60、P-85和P-100。所述葉片高度與離心機模型高度相同，葉片數為6。葉片的外半徑要小于離心機模型的外半徑。導流結構高度要小于葉片高度。導流結構底面半徑要小于葉片內半徑。具體說明選擇雙級活塞推料離心機型號，該方法中提供P-60、P-85、P-100三種型號的離心機參數，選擇離心機類型，程序就會自動給出對應的模型出口半徑，用戶也可自定義離心機參數；設置加速盤高度，及模型高度； 設置加速盤模型進口參數，包括物料進口和氣體進口，需要設定兩個進口的半徑和進口段長度；選擇葉片類型，包括無葉片、直葉片、圓柱葉片和自定義葉片，葉片高度與模型高度一致，在離心機類型中已經設定。其中，直葉片需要給定葉片內外半徑；圓柱葉片需要選擇曲線類型，包括等變角螺旋線、漸開線和可控包角曲線，曲線設置中包括葉片內外半徑、進出口安放角和包角，設置完成后VB調用曲線計算公式，得到繪制曲線所需點坐標，Gambit調用點坐標，并進行線和面的繪制，得到葉片；自定義葉片需要輸入點坐標，程序調用其繪制曲線和面，得到葉片；選擇導流結構，包括無導流、尖圓錐導流和平圓錐導流，其中尖圓錐導流結構需要輸入導流結構高度和圓錐底板半徑，平圓錐導流結構需要輸入導流結構高度、圓錐底板半徑和圓錐上板半徑；編寫程序，調用Gambit軟件，建立加速盤模型，并進行網格劃分和邊界條件設置，網格類型設置為四面體網格，最后輸出能夠被Fluent調用的模型文件；設置物料參數，包括物料密度和顆粒粒徑，程序中提供了常用的密度和粒徑可以進行選擇，也可自行輸入；編寫程序，調用Fluent軟件，設置計算方法為分離隱士求解，湍流模型選用RNGk- ε模型，多相流模型設置為歐拉模型，邊界條件設置為葉片區(qū)域流體旋轉，與旋轉流體接觸的壁面旋轉，其他區(qū)域流體和壁面靜止，設置迭代參數中每步時間為O. 005s、步數為160步、每步迭代100次，對于本發(fā)明中涉及的所有模型Fluent中計算方法、湍流模型、多相流模型、邊界條件設置均相同且不可更改，迭代參數可以選擇默認值，也可自行輸入。在運行期間，如果出現緊急情況，可隨時停止計算過程，保存設置好的文件，以備下次繼續(xù)調用計算；輸出物料運動的速度結果，為分析加速盤對物料的加速效果提供依據。
與現有技術相比，本發(fā)明采用VB作為開發(fā)軟件，具有編程直觀、占用內存小、執(zhí)行代碼速度快、兼容性強、能快速生成可執(zhí)行程序等優(yōu)點。本發(fā)明中對加速盤各部分結構都形成參數化設置，且對導流結構和葉片類型也能夠進行多種選擇，適用性廣。借助VB可視化的輸入和輸出界面，通過調用Gambit建模分析語言，建立加速盤三維模型，并輸出模型文件，通過調用Fluent對加速盤進行三維瞬態(tài)湍流計算，并輸出結果。本方法大大降低了三維繪圖軟件Gambit和流體力學計算軟件Fluent的使用難度,面向對象更廣,為一般技術人員提供了良好的設計平臺。本方法可以得到加速盤內部流場的大量數據，為加速盤的結構設計提供了參考。


圖I為本發(fā)明的雙級活塞推料離心機加速盤流場可視化方法的流程圖。圖2為本發(fā)明的雙級活塞推料離心機加速盤流場可視化方法的模型圖。圖3為本發(fā)明實施例I中的雙級活塞推料離心機加速盤流場的出口質量流量隨時·間變化圖。圖4為本發(fā)明實施例I中的雙級活塞推料離心機加速盤流場中物料在出口處不同切向速度比例分布圖。圖5為本發(fā)明實施例I中的雙級活塞推料離心機加速盤流場中物料在出口處不同徑向速度比例分布圖。圖6為本發(fā)明實施例I中的雙級活塞推料離心機加速盤流場中物料在出口 1/2高度處切向速度沿圓周分布圖。圖7為本發(fā)明實施例I中的雙級活塞推料離心機加速盤流場中物料在出口 1/2高度處徑向速度沿圓周分布圖。圖8為本發(fā)明實施例2中的雙級活塞推料離心機加速盤流場的出口質量流量隨時間變化圖。圖9為本發(fā)明實施例2中的雙級活塞推料離心機加速盤流場中物料在出口處不同切向速度比例分布圖。圖10為本發(fā)明實施例2中的雙級活塞推料離心機加速盤流場中物料在出口處不同徑向速度比例分布圖。圖11為本發(fā)明實施例2中的雙級活塞推料離心機加速盤流場中物料在出口 1/2高度處切向速度沿圓周分布圖。圖12為本發(fā)明實施例2中的雙級活塞推料離心機加速盤流場中物料在出口 1/2高度處徑向速度沿圓周分布圖。
具體實施例方式本發(fā)明用于實施的硬件環(huán)境是奔騰75以上的PC機，內存至少為64M，推薦內存應為256M及以上，至少IOM硬盤空間，運行環(huán)境為Windows XP,Windows Vista或Win7，安裝有Gambit 2.3. 16和Fluent 6. 3. 26及以上版本。其中Gambit為三維建模軟件，Fluent為流體流動數值模擬軟件。如圖I所示，為本發(fā)明流程，該流程包括以下步驟
步驟101，運行VB界面，啟動加速盤參數化建模計算程序；步驟102，通過界面操作選擇雙級活塞推料離心機型號，程序中可供選擇的離心機類型有P-60、P-85和P-100，離心機類型確定后，程序會自動設定加速盤模型的外形尺寸，另外還需要在界面中輸入模型高度；步驟103，設置模型進口參數，通過圖形界面輸入物料進口和氣體進口半徑，已經進口段長度；步驟104，選擇葉片類型，包括無葉片、直葉片、圓柱葉片和自定義葉片；步驟105，設置葉片參數，無葉片無需界面輸入任何數值，直葉片需要輸入葉片內外半徑，程序中默認葉片高度與離心機模型高度相同，葉片數為6，以下3種葉片默認值皆相同；圓柱葉片中可選曲線包括等變角螺旋線、漸開線和可控包角曲線，等變角螺旋線需要界面輸入內外半徑和進出口安放角，漸開線需要界面輸入內外半徑和進出口安放角，還需 要選擇曲線的起用包角和終止包角；可控包角曲線需要輸入內外半徑、進出口安放角和包角。步驟106，進入導流結構選擇葉片，包括無導流、尖圓錐導流和平圓錐導流；步驟107，通過界面設置導流結構參數，無導流結構不需要輸入任何參數；尖圓錐導流結構需要在界面中輸入高度和底面半徑；平圓錐導流結構需要在界面中輸入高度和上下面的半徑；步驟108，輸入網格尺寸，網格類型默認為四面體網格；步驟109,將上述設置參數寫成能夠被Gambit讀取的jou文件；步驟110,程序調用Gambit,讀取jou文件,生成模型；步驟111,輸出能夠被Fluent讀取的msh文件；步驟112，通過界面設置加速盤中物料的性質，包括密度和顆粒直徑，密度可以在界面中給出的數值中選擇，也可以自行輸入；步驟113，通過界面設置加速盤旋轉速度和進口物料和空氣的速度，界面中給出了常用的轉速和工程中常見的進口速度，也可自行輸入；步驟114,設置計算參數,默認時間步長為O. 005s,步數為160,每步迭代100次,用戶也可自行輸入；步驟115,利用VB生成能夠被Fluent讀取的jou文件。除了上述物料參數、運行參數和迭代參數外，程序會自動生成Fluent中的計算設置，包括湍流模型、多相流模型、算法等;步驟116,調用Fluent,讀取jou文件,并進行流場計算；步驟117，提取流場模擬結果。實施例I這里以P-60型雙級活塞推料離心機加速盤為例，對本方法的應用進行說明。本例中加速盤無導流結構，葉片類型為圓柱葉片，葉片曲線為可控包角曲線。按照如圖I所示步驟進行設置和計算。步驟101，啟動加速盤參數化建模計算程序；步驟102，通過界面操作選擇雙級活塞推料離心機型號為P-60，對應的轉鼓半徑為280mm，輸入模型高度為50mm ；
步驟103，設置模型進口參數，物料進口半徑Rltl為40mm，氣相進口半徑R2tl為80mm，進口段長度為40mm;步驟104，選擇葉片類型為圓柱葉片；步驟105，設置葉片參數，內半徑R1為90mm，外半徑R2為260mm，葉片曲線為可控包角曲線，進口安放角^為35°，出口安放角02為15°，包角α為90°。步驟106，設置導流結構為無導流；步驟107，無導流結構，不需要輸入任何參數； 步驟108，輸入網格尺寸為10mm，網格類型為四面體網格；步驟109,將上述設置參數寫成能夠被Gambit讀取的jou文件；步驟110,程序調用Gambit,讀取jou文件,生成模型,如圖2所示；步驟111,輸出能夠被Fluent讀取的msh文件；步驟112，通過界面設置加速盤中物料的性質，包括密度和顆粒直徑，密度為1993. 7kg/m3，粒徑為 O. 15mm ；步驟113，通過界面設置加速盤旋轉速度為_1300r/min，設置進口物料和空氣的速度同為I. 26m/s ；步驟114,設置計算參數,時間步長為O. 005s,步數為160,每步迭代100次；步驟115,利用VB生成能夠被Fluent讀取的jou文件。除了上述物料參數、運行參數和迭代參數外，程序會自動生成Fluent中的計算設置，包括湍流模型、多相流模型、算法等;步驟116,調用Fluent,讀取jou文件,并進行流場計算；步驟117，提取流場模擬結果，圖3為出口處物料質量流量隨時間的變化情況，物料達到最大流量所需時間越短，表示加速盤對物料的加速越快，加速盤內部物料的積累情況越小；圖4是出口處的物料切向速度分布情況；圖5是出口處物料徑向速度分布情況；圖6是物料在出口 1/2高度處切向速度沿圓周分布；圖7是物料在出口 1/2高度處徑向速度沿圓周分布。設計人員可以根據生產需要衡量速度值是否合適，如不合適，可以重新設置結構進行流場計算。本例中切向和徑向速度沿圓周分布不均勻，容易引起物料分布不均，導致離心機振動，因此該加速盤不能用于生產，需要進一步改進結構。實施例2實施例2在實施例I基礎上進行改進，操作如下步驟101 105與實施例I相同；步驟106，設置導流結構為尖圓錐導流，導流結構高度為45mm，小于葉片高度50mm,導流結構底面半徑為80mm,小于葉片內半徑90mm ；步驟107 116與實施例I相同；步驟117，提取流場模擬結果圖8為出口處物料質量流量隨時間的變化情況，物料達到最大流量所需時間越短，表示加速盤對物料的加速越快，加速盤內部物料的積累情況越??；圖9是出口處的物料切向速度分布情況；圖10是出口處物料徑向速度分布情況；圖11是物料在出口 1/2高度處切向速度沿圓周分布；圖12是物料在出口 1/2高度處徑向速度沿圓周分布。本例中物料加速效果較好，物料在出口處沿圓周方向的切向和徑向速度分布均勻，能夠用于P-60型雙級活塞推料離心機中使用。
權利要求
1.一種雙級活塞推料離心機加速盤流場可視化方法，其特征是步驟如下 1)選擇雙級活塞推料離心機型號，設置模型高度，設置加速盤模型進口參數，包括物料進口和氣體進口，設定進口的半徑和進口段長度； 2)選擇葉片類型，在無葉片、直葉片、圓柱葉片和自定義葉片中選擇一種，選擇無葉片時不需輸入任何參數，選擇直葉片時需要設定葉片內外半徑，選擇圓柱葉片時還需要選擇圓柱曲線類型，在漸開線、等變角螺旋線和可控包角曲線中選擇一種，前兩種曲線需要設定曲線內外半徑和進出口安放角，可控包角曲線需要設定曲線內外半徑、進出口安放角和包角，選擇自定義葉片時，需要輸入點坐標，進而得到相對曲線的葉片； 3)選擇導流結構，包括無導流、尖圓錐導流和平圓錐導流，選擇無導流結構時無需輸入任何參數，選擇尖圓錐導流時需要設定圓錐高度和底面半徑，選擇平圓錐導流時需要設定圓錐高度和上下表面半徑； 4)調用Gambit軟件，建立加速盤三維模型，模型包括進口段、葉片旋轉區(qū)和出口三個部分； 5)并自動進行網格劃分和邊界條件設置，網格類型默認設置為四面體網格，需要設定網格尺寸，最后輸出能夠被Fluent調用的模型文件； 6)設置物料參數，包括物料的密度和顆粒粒徑； 7)調用Fluent軟件，自動設置計算方法、湍流模型、多相流模型、邊界條件和迭代參數，其中迭代參數可以自行設定，對加速盤內進行三維瞬態(tài)湍流分析； 8)輸出物料運動的速度結果。
2.如權利要求I所述的方法，其特征是步驟如下 O啟動加速盤參數化建模計算程序； 2)建立一個新項目文件，以保存以下操作； 3)通過界面操作選擇雙級活塞推料離心機型號，并設置模型高度； 4)設置模型進口參數，通過圖形界面輸入物料進口和氣體進口半徑，以及進口段長度； 5)選擇葉片類型，包括無葉片、直葉片、圓柱葉片和自定義葉片； 6)設置葉片參數，無葉片無需界面輸入任何數值，直葉片需要輸入葉片內外半徑；圓柱葉片中選曲線包括等變角螺旋線、漸開線和可控包角曲線，等變角螺旋線需要界面輸入內外半徑和進出口安放角，漸開線需要界面輸入內外半徑和進出口安放角，還需要選擇曲線的起用包角和終止包角；可控包角曲線需要輸入內外半徑、進出口安放角和包角； 7)進入導流結構選擇葉片； 8)通過界面設置導流結構參數，無導流結構不需要輸入任何參數；尖圓錐導流結構需要在界面中輸入高度和底面半徑；平圓錐導流結構需要在界面中輸入高度和上下面的半徑; 9)輸入網格尺寸，網格類型默認為四面體網格； 10)將上述設置參數寫成能夠被Gambit讀取的jou文件； 11)程序調用Gambit，讀取jou文件，生成模型，并自動分配邊界條件； 12)輸出能夠被Fluent讀取的msh文件； 13)通過界面設置加速盤中物料的性質，包括密度和顆粒直徑，密度在界面中給出的數值中選擇，或自行輸入，顆粒粒徑在界面中給出的數值中選擇，或自行輸入； 14)通過界面設置加速盤旋轉速度和進口物料和空氣的速度，旋轉速度在界面中給出的數值中選擇，或自行輸入； 15)設置計算參數，默認時間步長為O.005s,步數為160，每步迭代100次，用戶也可自行輸入； 16)利用VB生成能夠被Fluent讀取的jou文件。
17)調用Fluent,讀取jou文件,并進行流場計算； 18)提取流場模擬結果。
3.如權利要求I或2所述的方法，其特征是離心機類型有P-60、P-85和P-100。
4.如權利要求I或2所述的方法，其特征是所述葉片高度與離心機模型高度相同，葉片數為6。
5.如權利要求I或2所述的方法，其特征是葉片的外半徑要小于離心機模型的外半徑。
6.如權利要求I或2所述的方法，其特征是導流結構高度要小于葉片高度。
7.如權利要求I或2所述的方法，其特征是導流結構底面半徑要小于葉片內半徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙級活塞推料離心機加速盤可視化方法；利用圖形界面和計算機實現加速盤的參數化建模以及對參數化模型進行流場計算，并將計算得到的物料運動情況輸出，使用人員可以根據對物料運動的要求，對加速盤結構進行一定的設計，最終得到合理的加速盤結構，通過選擇選擇雙級活塞推料離心機型號、選擇葉片類型、選擇導流結構、調用Gambit軟件、并自動進行網格劃分和邊界條件設置、設置物料參數、調用Fluent軟件、輸出物料運動的速度結果，為分析加速盤對物料的加速效果提供依據。本發(fā)明中對加速盤各部分結構都形成參數化設置，且對導流結構和葉片類型也能夠進行多種選擇，適用性廣看，為一般技術人員提供了良好的設計平臺。
文檔編號G06F17/50GK102722604SQ20121015641
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權日2012年5月17日
發(fā)明者喬琳, 譚蔚 申請人:天津大學