气流粉碎机的高速气流的形成理论的研究-1

气流粉碎理论的研究

根据气流粉碎原理，其基础理论研究主要包括了以下方面：高速气流的形成，颗粒在高速气流中的加速规律，颗粒冲击粉碎规律，气流粉碎机参数的研究。

1.2.3.1高速气流的形成

1.2.3.1.1喷嘴

气流粉碎中物料粉碎的能量来源于高速气流，高速气流则是依靠喷嘴将气流的内能转化为动能而形成的。气流粉碎的喷嘴可分为收缩型和缩扩型(Laval型)，目前主要采用缩放型喷嘴。在气流粉碎机研制之初，在计算方法的确定、型面曲线修正、起始扩散角控制等方面，研究人员依据气体动力学原理，在喷嘴的设计理论和基础实验研究方面作了一定的工作。

N.Rink将静止的颗粒和气流通过较长的Laval喷嘴加速获得了较大的颗粒速度，其理论与实验的结果证明这种喷嘴适合于颗粒粉碎[l1Rink.N.Research into the acceleration of materials in Laval jet nozzles[J].Chemie  ingenieur Technik，1975，47(7):311]。

叶菁等利用定常二维无旋超音速流的数值方法——特征线法，结合气流粉碎机的流动特征，分析了喷嘴管壁特征线的设计方法，提出了等流能喷嘴设计的方法与步骤[8叶菁，陈家炎，王启宏.超音速气流粉碎等流能喷嘴计算[J].武汉工业大学学报，1990(2):25-30]。

陈志敏等对超音速气流粉碎机的喷嘴流动状态及结构设计进行了分析，探讨了获得有效喷射速度的超音速喷嘴的设计方法[7陈志敏，徐敏.超音速气流粉碎机喷嘴的结构设计的研究[J].机械工程与科学，1995，53(1):77-82]。

金铃采用Fluent软件对流化床气流粉碎机喷嘴位置进行了数字模拟，分析粉碎机腔体中的流场，分析结果表明，在喷嘴位置的设计上，存在最佳的安装位置，使得粉碎性能达到最佳[金铃. 流化床粉碎机内部流场的数值模拟及对喷嘴位置的影响[J].矿山机械，2009，37（15）：81-84]。这与金振中的研究结果相一致[金振中，崔岩，金镛国，等.流化床式气流粉碎机中喷嘴径向位置对粉碎性能的影响[J].矿山机械，2008，36（3）：80-83]。

M Grujicic 等人通过对喷嘴流场分析，优化了喷嘴内型，使得气体的拖曳力增加，颗粒的加速度增大，在相同的距离速度进一步提高，这样增大了物料颗粒的速度，不但可以将颗粒更加细化，而且提高了系统的效率[M Grujicic，C Tong，W S DeRosset，et al. Flow analysis and nozzle-shape optimization for the cold-gas dynamic-spray process [J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part B：Engineering Manufacture，2003，217(11)：1603-1613]。

Hiroshi Katanoda等对颗粒在超音速喷嘴内部和外部的流动流场做了数值模拟和分析，并对颗粒的速度和温度分布做了预测和分析[Hiroshi Katanoda，Matsuo Kazuyasu．Analysis of particle behavior in high—velocity oxy—fuel thermal spraying process[J]．Journal of Thermal Science，2003，12(3)：17-21]。

杨军瑞等为解决传统气流粉碎能量利用率不高、物料加速效果差、粉碎效果差等问题，通过对气流粉碎中喷嘴结构的改进，设计了一种新型环形复合喷嘴。通过Fluent数值模拟，表明新型环形复合喷嘴比常规喷嘴具有射流速度快、射流相对集中和射程远等优点[杨军瑞，胥海伦，陈海焱. 新型环形复合喷嘴的数值模拟分析与研究[J].中国粉体技术，2009，15（4）：11-14]。

王利文等对气流粉碎装置的喷嘴结构和参数运用均匀设计法进行设计与优化，采用流体动力学软件对所设计喷嘴进行流场模拟，应用有限元分析软件对喷嘴内部结构受力情况进行分析，讨论了入口直径、入口稳定段长度、喉部临界截面和内腔造型对喷嘴性能的影响。结果发现，入口压力3.5MPa，入口直径为6mm的喷嘴为设计的最佳喷嘴．内腔锥角在8°-12°之间变化时，对喷嘴的性能影响不大，内腔造型为光滑曲面时喷嘴性能最佳[王利文，潘家祯，王子刚，等. 超音速气流粉碎喷嘴数值模拟[J].力学与实践，2009（2）：17-21][王子刚，潘家祯. 超音速气流粉碎机喷嘴的模拟与实验研究[J].化工装备技术，2008，29（6）：1-5，7]。

何枫、谢峻石等人根据可压缩流体轴对称n-s方程，利用RA Nκ-ε湍流模式和有限体积法，采用四边形非结构网格，对不同内部流道型线的喷嘴自由射流进行数值模拟。结果表明：轴对称等直径圆管喷嘴，进口处的流道型线对射流流道参数的分布影响较大；轴对称收缩喷嘴的收缩角大小主要影响射流出口附近的流动，对流动具有不同的阻滞效果，并据此提出收缩喷嘴内部流道型线采用维多辛斯基曲线可以获得优良的流动特性[谢峻石，何枫. 喷嘴内部流道型线对射流流场的影响[J].机械开发，2001，18(4):42-47] [何枫，谢峻石，杨京龙.喷嘴内部流道型线对射流流场的影响[J].应用力学学报，2001，18(4):114-119.]。