秸秆螺旋挤压脱水机的数值模拟研究

【摘要】：秸秆是生物质能源的重要原料,使用秸秆制取生物质燃料乙醇的关键技术已经突破,并逐步改善和优化。通常在农作物秸秆收集运输以及粉碎之后要进行水洗浸泡处理,除去所含砂石、金属屑等杂物后再进行脱水处理,以满足后续设备对原料含水率的要求。目前比较常用的对浸泡后的秸秆进行脱水处理的设备是螺旋挤压脱水机,虽然其在工程实际中被广泛使用,但是对其进行的理论研究较少。秸秆螺旋挤压脱水机的理论研究对其的设计制造以及性能的提高有着重要的指导意义,因此对其进行理论研究是必要的。随着数值模拟技术的发展,利用工程软件解决工程问题受到越来越多的关注。本文通过ANSYS系列工程仿真软件来研究一种自行设计的秸秆螺旋挤压脱水机。首先,通过使用计算流体力学工程软件Fluent来研究设备内部全流道压力场的变化规律,建立了秸秆浆料的物理模型,对设备内部流体通道建立三维模型并进行网格的划分,使用Fluent计算之后得出了设备内部流体通道的压力场分布云图,并据此分析设备内部压力场的变化规律。然后,通过改变不同出口压力、不同螺旋轴转速以及不同压缩比,使用Fluent来模拟设备内部压力场,得出了这些参数对设备内部压力场的影响,并分析这些参数对秸秆螺旋挤压脱水机性能的影响。最后,使用ANSYS Workbench平台对秸秆螺旋挤压脱水机进行了单向流固耦合分析,将压力场分析所得出的结果导入到固体结构强度分析中,通过施加约束和螺旋叶片主承压面上的载荷,计算得出了不同出口压力以及不同叶片厚度情况下螺旋叶片的应力分布云图和位移形变云图,之后对螺旋叶片的强度和变形进行了分析,得出了不同出口压力以及不同叶片厚度对螺旋叶片强度以及变形的影响。 【关键词】：秸秆 螺旋挤压脱水机 压力场分布 流固耦合
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 研究背景及项目意义9-12
• 1.2 国内外相关研究的发展、现状及分析12-14
• 1.3 研究的主要方法14-16
• 1.4 研究的主要内容16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 2 螺旋挤压脱水机数值模拟的理论基础18-31
• 2.1 计算流体力学理论基础18-23
• 2.1.1 计算流体力学基本原理18
• 2.1.2 流体与流动的基本原理18-20
• 2.1.3 流体动力学的控制方程20-23
• 2.2 湍流数值模拟理论23-29
• 2.3 控制方程的离散化29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 秸秆螺旋挤压脱水机内部压力场的模拟与分析31-50
• 3.1 螺旋挤压脱水机内部全流道的三维实体建模31-33
• 3.2 三维实体模型的网格划分33-36
• 3.3 模拟求解器设置36-41
• 3.3.1 理论假设36
• 3.3.2 秸秆料浆的物性36-38
• 3.3.3 求解器及湍流模型、运动模型的选择38-39
• 3.3.4 边界条件选择及设置39-40
• 3.3.5 求解方法及离散化选择40-41
• 3.4 螺旋挤压脱水机内部全流道压力场模拟结果分析41-42
• 3.5 秸秆螺旋挤压脱水机内部压力场模拟参数对比分析42-49
• 3.5.1 不同压缩比情况下设备内压力场模拟结果分析43-45
• 3.5.2 不同出口压力情况下设备内压力场模拟结果分析45-47
• 3.5.3 不同转速情况下设备内压力场模拟结果分析47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 4 秸秆螺旋挤压脱水机螺旋叶片的流固耦合强度分析50-65
• 4.1 流固耦合分析理论与步骤50-52
• 4.2 强度分析有限元理论基础52-54
• 4.3 螺旋挤压脱水机螺旋叶片的流固耦合强度分析54-57
• 4.3.1 固体强度分析理论假设与材料设置55
• 4.3.2 建立螺旋叶片轴三维实体模型55-56
• 4.3.3 螺旋叶片轴模型的网格划分56-57
• 4.3.4 施加约束以及调入Fluent模拟结果载荷57
• 4.4 计算结果分析57-64
• 4.4.1 不同出口压力情况下的结果分析58-60
• 4.4.2 不同叶片厚度情况下的结果分析60-64
• 4.5 本章小结64-65
• 5 总结65-67
• 参考文献67-70
• 个人简历70-71
• 致谢71

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