棒销式砂磨机的气-液-固三相耦合模型的构建与验证
刘璨1
何江波2
朱江林3
尹凝霞1
刘焕牢1
张佳蕲2
1.广东海洋大学机械工程学院,广东湛江 524088;广东省小家电创新设计及制造工程技术研究中心,广东湛2.广东海洋大学机械工程学院,广东湛江 5240883.南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江),广东湛江 524054
摘要：[目的]棒销式砂磨机的工作过程存在复杂的气体、液体和固体的三相耦合现象,为了使仿真工况更接近实际工况,构建气-液-固三相耦合仿真模型,提高棒销式砂磨机仿真设计的准确性.[方法]采用离散单元法(discrete element method,DEM)和计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)分别研究固体相和流体相,并引入流体体积模型(volume of fluid model,VOF)区分流体相所包含的液体相和气体相,分析固体相运动方程、流体相控制方程,确定气-液界面的识别方法和耦合计算方法,制定仿真流程;通过单球落水仿真、颗粒群落水仿真试验分析CFD-DEM-VOF三相耦合模型仿真计算的精度,并进行准确性验证;在设置仿真参数、进行网格划分及其无关性分析基础上,针对棒销式砂磨机的CFD-DEM-VOF三相耦合模型进行仿真试验;对流体速度、颗粒总能量和颗粒的速度的仿真结果进行分析,并通过实验验证仿真结果.[结果]在单球落水仿真试验中,根据CFD-DEM-VOF三相耦合模型的仿真结果与根据Stokes定律的理论计算结果基本吻合;在颗粒群落水仿真过程中,液面上升高度的仿真值与理论值之间的相对误差为1.37％,VOF模型的体积守恒性较好;棒销四面体网格边长小于2 mm、研磨桶四面体网格边长小于2.5 mm时,满足网格独立性的精度要求,同时计算量也较少;随着棒销转速的增大,流体速度、颗粒总能量、颗粒平均速度也逐渐增大;当棒销转速为1 400～2 000 r/min时,CFD-DEM-VOF三相耦合模型流体速度的仿真与实验结果最为接近;当棒销转速为1 400～2 200 r/min时,CFD-DEM-VOF三相耦合模型的颗粒总能量仿真值与实验值的最大相对误差为1％.[结论]与仅仅采用流体相、固体相单相模型或固-液两相模型相比,采用CFD-DEM-VOF三相耦合模型设计棒销式砂磨机的计算精度和准确性较高,仿真性能好.
关键词：棒销式砂磨机离散单元法计算流体动力学流体体积模型气-液-固三相耦合模型
分类号：TB44(工业通用技术与设备)TD453(矿山机械)TQ021.1(一般性问题)
论文发表日期：2025-11-01
在线出版日期：2026-05-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 193-207 )
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