摘要：计算流体力学(CFD)通过求解外部流场的控制方程来预测涡轮叶片的边界层换热系数,其中流场的一般控制方程是纳维尔-斯托克斯方程,其求解十分耗费资源。采用基于流函数坐标系求解边界层方程方法,通过求解二维边界层区域来处理复杂的传热问题,使得求解效率得到很大的提升。通过已知理论解的平板流对边界层方法进行定量验证,设置入口湍流强度为0.01,观察到局部雷诺数大约为400 000时发生层流-湍流转捩,边界层厚度相较于转捩之前增长明显;对比不同的入口湍流强度0.01、0.03和0.05,观察到湍流强度越大,转捩发生的位置越靠前,和理论相符;对比不同普朗特数0.7、1.0和5.0下的滞止焓边界层厚度以及局部努塞尔数,同样能够观察到转捩现象。同时,在边界层方法的基础上,利用动量守恒以及能量守恒,分析了覆膜冷却中射流和主流的相互作用,建立了求解覆膜冷却的数值模型。通过和商业软件COMSOL定量对比气膜孔下游冷却效率的变化,发现提出的覆膜冷却数值模型能够很好地模拟覆膜冷却。气膜孔下游的冷却效率在层流工况相较于湍流工况更高,同时多气膜孔相较于单气膜孔下游冷却效率更高。

摘要：高压辊磨机在破碎物料时,颗粒间的挤压和剪切会引起辊面的磨损。研究结合离散元方法(DEM)与Archard磨损模型,对表面网格进行了划分,并精确模拟了高压辊磨机柱钉的磨损形态。结果表明,磨损模拟结果与实测结果高度一致,即沿磨辊出现碗形磨损,中心区域最严重。对磨辊结构和进料装置的优化表明,在定辊端部增设挡板,可以有效解决柱钉的不均匀磨损和边缘漏料问题,实现了磨损离散系数的降低(下降75%)和挤压区料压的增加(增长28%),提升了辊压机的粉磨效率和柱钉的使用效率。该研究成果为优化传统高压辊磨机提供了思路。

摘要：球磨机是水泥粉磨系统中的关键性设备,基于离散元法和Rocky DEM软件,对球磨机运行时研磨介质和物料的运动过程进行了数值仿真,分析了球磨机转速、研磨介质材料属性、填充率、级配对物料颗粒运动状态和设备能耗的影响。研究表明,在不同的物料特性和加工要求下,球磨机转速、研磨介质最佳填充率和级配各不相同;使用陶瓷球代替钢球可以明显降低球磨机能耗,研磨介质级配对球磨机能耗利用率的影响大于研磨介质材料属性,研磨介质的碰撞恢复系数对球磨机能耗利用率的影响大于研磨介质的密度。基于单因素分析和多目标优化设计方法,不仅可以改进球磨机研磨介质的材质和级配,还可以实现水泥粉磨系统的节能降耗。