涡流空气分级机作为粉体制备过程中的重要设备之一,以其操作简单、产品粒径可控、经济效益高等优点在工业生产中备受青睐。然而随着各个行业对于粉体颗粒超细化的需求越来越高,提升涡流空气分级机分级性能显得尤为重要。本文通过对分级机内流场进行数值模拟,结合理论对模拟结果进行分析,探寻流场分布规律。对比了分级机内不同结构的部件对于环形区流场的影响,并根据目前流场中存在的问题对结构进行改进,以达到优化流场、提升分级性能的目的。主要内容包括:对有、无导风叶片两种结构环形区内的流场进行对比分析,研究了导风叶片对流场的影响。数值模拟结果表明:导风叶片在导流过程中,改变了环形区速度场的分布,气流切向速度减小,径向速度增大,速度场的变化使得分级机能量损失减少;导风叶片降低了转笼外缘处气流的切向速度,从而影响转笼通道内旋涡的分布情况;转笼外缘处气流径向速度的波动和湍流耗散率的减小有利于提高分级精度。实验结果表明:具有导风叶片结构的涡流空气分级机分级粒径较大,分级精度较高;导风叶片处较大的湍流耗散率有助于粉体分散,明显减弱“鱼钩效应”现象。分析环形区气相流场和固相颗粒运动轨迹,发现环形区流场存在周向分布不均匀现象,即环形区内靠近进风口通道的区域气流径向速度与切向速度较大,造成相同粒径大小的颗粒在环形区内运动轨迹不同,导致分级效果不同。为改善这一现象,根据气流在分级机内的运动轨迹设计了两种新型导风叶片:10°直叶型导风叶片以及对数螺旋线型导风叶片。结果表明:两种新型导风叶片均能够降低环形区内气流周向的速度标准差;使得相同粒径的颗粒分级效果一致;减小分级粒径且改善细粉粒度分布。因此两种新型导风叶片能有效改善环形区内气流速度周向分布的不均匀性且提升分级性能。此外,与10°直叶型导风叶片相比,对数螺旋线型导风叶片的分级效果更好。对4种不同开口尺寸转笼底盘结构的分级机流场进行对比,结果显示:与封闭式转笼底盘结构相比,开放式转笼底盘结构在环形区底部明显存在“分流”现象,“分流”现象使得环形区内气流的速度分布发生变化。此外,随着转笼底盘开口尺寸的逐渐增大,环形区内顶部与中部的轴向、径向速度和分级粒径均呈现出先减小后增大的趋势,然而开口尺寸对分级机内流场及分级性能的影响较小,而转笼底盘的开或闭则影响较大。碳酸钙物料分级实验表明:开放式转笼底盘结构能够减小分级粒径,且有利于提升细粉中细颗粒的含量。封闭式转笼底盘结构的分级精度更高以及细粉中的粗颗粒含量更少。