基于漏斗导料结构的被动抑尘机理及实验研究

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粮食等散装物料转运过程中,极易造成粉尘污染危害环境和人员安全。目前,主要粉尘治理方法为喷水、喷雾、负压抽尘等主动除尘,但可能造成不必要的能源消耗和二次污染。为提升散料转运过程绿色化水平,需要进一步发展依靠颗粒流动性抑制粉尘产生及扩散的被动抑尘方法。本文提出一种改变漏斗内部结构以抑制粉尘产生及扩散的导料漏斗被动抑尘方法,并通过CFD-DEM耦合数值仿真和实验研究散料转运过程颗粒和气流运动分布以及产尘量的变化规律,探究基于漏斗导料结构的被动抑尘机理。本文的主要研究内容及成果如下:(1)研究散料转运过程中粉尘的产生机理及影响因素,针对影响粉尘产生的主要因素提出一种漏斗导料结构被动抑尘装置,基于该装置建立自由落体与导料漏斗内部的颗粒动力学模型,分析颗粒速度与相关因素之间的关系,比较一次落料与二次落料产尘量的变化规律。(2)基于落料堆积实验和正交实验标定粮食散料离散元参数,对比分析气力输送CFD-DEM耦合仿真湍流模型,采用CFD-DEM耦合仿真探究导料漏斗散料转运颗粒与气流分布特性,依据散料转运实验验证导料漏斗抑尘机理。结果表明:导料漏斗最大颗粒速度比自由下落的速度下降40.5%,三个碰撞阶段颗粒速度变化量比自由下落降低72.8%、74.9%和45.7%,颗粒碰撞强度被减弱;大豆、玉米和稻子的粉尘生成量分别降低84.7%、75.5%和61.6%。(3)基于CFD-DEM耦合仿真,研究进料高度、卸料高度、导料板倾角和散料属性四种工况颗粒与气流分布及抑尘效果。仿真结果表明:导料漏斗进料高度影响两个落料阶段的碰撞强度;卸料高度的增大提高了颗粒与气流的垂直速度;30°导料板倾角的颗粒速度变化与气流速度均达到最大值;不同粮食散料的颗粒与流场变化以及流动性各不相同。(4)研制导料漏斗实验平台,对大豆、玉米和稻子进行散料转运实验研究,分析转运过程产尘量及抑尘效果。实验结果表明:在30 mm~230 mm范围内,随着导料漏斗进料高度的增大,产尘量呈现先减后增再减的趋势;三种散料的产尘量均随卸料高度的增大而增大;30°导料板倾角的大豆与玉米产尘量最高,35°导料板倾角的稻子产尘量最低;随着散料质量的增大,产尘量呈上升趋势。
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