空化射流有效冲击耦合磨介碰撞对微细颗粒破碎作用研究

来源 :浙江工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvbei2008
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为有效解决微细颗粒机械法规模粉体制备中团聚和粉磨极限等问题,采用空化射流冲击耦合磨介碰撞的微细颗粒制备方法。为探究空化冲击作用下的颗粒-磨介液相粉碎机理,以及有效空化冲击与磨介运动对微细颗粒的粉碎效果,本文分析了近球壁空化泡溃灭对颗粒的冲击动力学,同时通过Fluent软件对近球壁空化射流冲击过程进行了数值模拟并优化了相关参数,设计并搭建了一套空化射流球磨试验装置,开展了石英砂球磨空化破碎对比实验,对理论和数值模拟分析进行了验证,也证明了该微细颗粒制备方法的可行性。本文主要工作内容如下:(1)分析了空化泡溃灭产生的微射流和冲击波有效破碎百微米粒径石英砂颗粒的条件,微射流有效破碎50~150μm的石英砂颗粒所需的壁面无量纲距离为0.90~1.43,石英砂颗粒直径与临界空化泡最大半径满足R’max=0.2471d 0.3864的关系。(2)从球壁附近空化云分布特性角度讨论了入口压力和靶距的影响。数值模拟结果表明空化云长度与入口压力正相关,空化喷嘴的优选入口压力为5 MPa,射流冲击球壁面的最佳破碎靶距为25 mm,随着靶距的增加,壁面附近空化云体积分数逐渐降低。(3)开展了基于靶距、转速率、颗粒质量浓度和喷嘴数目等多因素的石英砂球磨空化破碎正交实验,并分析了颗粒群的粒度分布特征。实验结果表明,空化冲击耦合磨介碰撞能使细颗粒粒径迅速减小,微细颗粒产率增加,空化冲击能有效破碎粒径为74.6~150μm的颗粒。不同实验点的微细颗粒破碎率在同一时间段内增长速率不同;颗粒粒度越小,其破碎率越低;3 h后粒径小于10μm的微细颗粒破碎率高达67.2%。经SEM电镜观测,微细颗粒分散均匀,并且出现粒径800 nm左右的极细颗粒。靶距和转速率是影响颗粒破碎的主要因素,最佳参数分别是25 mm和60%,其次是喷嘴数目。实验结果证明空化射流冲击耦合磨介碰撞对微细颗粒的破碎范围有限,其适用的粒径区间略小于理论计算值,同时验证了5 MPa压力下空化射流冲击球壁对微细颗粒的破碎效果,最佳靶距值也与仿真得到的适宜靶距相对应。本文提出了一种空化射流冲击耦合磨介碰撞的微细颗粒制备方法,设计了一种空化射流球磨试验装置,就近壁面空化射流对微细颗粒的破碎效果进行了数值仿真与实验研究,为空化效应应用于微细颗粒的工业化生产提供了重要的工程和理论指导意义。
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