【氣流粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)及計(jì)算8800字】

氣流粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)及計(jì)算目錄1.緒論 11.2.1氣流粉碎工藝參數(shù)的研究 21.2.2氣流粉碎理論的研究 22.總體方案設(shè)計(jì) 42.1.1設(shè)計(jì)參數(shù)選定 42.1.2總體方案選定 43.主要部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算 53.1粉碎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 53.1.1加速規(guī)律研究 53.1.2粉碎規(guī)律的研究 73.2加料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 113.3分級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 123.3.1分級(jí)理論 123.3.2分級(jí)設(shè)備 134.展望與總結(jié) 154.1展望 154.2總結(jié) 155.參考文獻(xiàn) 161.緒論1.1選題背景許多材料被加工成超級(jí)細(xì)微的狀態(tài)，細(xì)微狀態(tài)的材料會(huì)具有很多原狀態(tài)材料不具備的性質(zhì)，例如在很多化學(xué)反應(yīng)中，細(xì)微材料不僅可以提高化學(xué)反應(yīng)速率，而且還可以提高原材料的顯色性，分散性以及飽和度[1]。因此，超細(xì)微材料已不僅廣泛的應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域，而且在制藥，染料，電子等行業(yè)也有不同程度的應(yīng)用，因此超微產(chǎn)品擁有著非常高的性能，是很多高科技產(chǎn)品必不可少的原材料[2]。在我國(guó)可以生產(chǎn)噴射磨，攪拌磨，塔式磨，振動(dòng)磨和各種國(guó)際上成熟的粉碎機(jī)。但是，由于我國(guó)對(duì)粉末技術(shù)的研究要比世界先進(jìn)國(guó)家要緩慢得多，因此基礎(chǔ)非常薄弱，并且我國(guó)研制的起點(diǎn)很低，設(shè)備開(kāi)發(fā)的進(jìn)展也十分的緩慢，引入后的各種生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量不可避免地參差不齊，有些設(shè)備的使用水平較低，有些設(shè)備的概念不明確。從以上情況來(lái)分析，我們不僅可以看到超細(xì)微材料的重要應(yīng)用，而且可以看到我國(guó)在許多在技術(shù)層面上的不足與欠缺之處[3]。扁平式氣流粉碎機(jī)在腔體內(nèi)具有高速氣流和較大的摩擦力。超高速運(yùn)動(dòng)會(huì)使高能粒子發(fā)生碰撞，從而使物料粉碎，因此被廣泛使用，扁平式氣流粉碎機(jī)可以用來(lái)精磨各種非金屬礦物和其他原材料，與傳統(tǒng)的氣流粉碎機(jī)相比，扁平式氣流粉碎機(jī)生產(chǎn)效率更高[6]。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1氣流粉碎工藝參數(shù)的研究氣流粉碎機(jī)的研究參數(shù)包括幾何參數(shù)和工藝參數(shù)。幾何參數(shù)包括噴嘴直徑，粉碎機(jī)粉碎腔的內(nèi)徑，噴嘴與噴嘴之間的軸向距離等。工藝參數(shù)主要是原材料的初始粒徑，分選輪的頻率，工作流體的氣體壓力以及材料的進(jìn)入速度等[7]。陳海燕，Anopicte等人的研究發(fā)現(xiàn)表明，增加工作流體的壓力會(huì)增加顆粒獲得的動(dòng)能，粒子碰撞能也會(huì)增加，并且產(chǎn)品的粒徑會(huì)更細(xì)。然而，隨著工作流體中的壓力增加到一定值，減小粒度的趨勢(shì)減慢了。這是因?yàn)閲娮斓牧魉倥c工作流體的壓力呈非線性關(guān)系，并且當(dāng)工作流體的壓力超過(guò)一定值時(shí)，噴嘴前后的壓力比會(huì)發(fā)生很大改變。因此，工作流體的壓力必須具有一個(gè)最合理的值[8]。魯丁格認(rèn)為，物料在氣流粉碎過(guò)程中物料的的顆粒濃度越高，加速過(guò)程中損失的能量就越少，碰撞速度必須足夠高才能有效地壓碎顆粒。即使顆粒濃度很高，增加噴嘴壓力也會(huì)使顆粒加速。然而，隨著物料顆粒的增加，腔體壓力不能無(wú)限地增加，因?yàn)楸馄绞綒饬鞣鬯闄C(jī)的能量消耗以非線性方式迅速增加[9]。物料的供給速度是影響粉碎效果的重要參數(shù)之一，它主要取決于粉碎區(qū)域的容量。進(jìn)料速度決定了研磨室內(nèi)每個(gè)顆粒接收的能量，如果進(jìn)料速度太低，則研磨室中的顆粒數(shù)量不多，顆粒碰撞的可能性降低，并且顆粒尺寸增大。如果進(jìn)料速度太高，則研磨室中的顆粒濃度會(huì)增加。換句話說(shuō)，找到最佳的進(jìn)料非常重要，因?yàn)閺拿總€(gè)顆粒獲得的動(dòng)能會(huì)降低，顆粒破碎機(jī)的沖擊變形能會(huì)降低，顆粒尺寸會(huì)增加，并且顆粒分布就會(huì)減少[10]。1.2.2氣流粉碎理論的研究根據(jù)氣流粉碎機(jī)的粉碎原理，其基礎(chǔ)理論研究主要包括高速氣流的形成，高速氣流中顆粒的加速規(guī)律，顆粒碰撞和顆粒破壞的規(guī)律。在氣流粉碎過(guò)程中，被破碎物料的能量來(lái)自高速氣流，該高速氣流是通過(guò)噴嘴將氣流的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能而形成的，噴嘴可分為伸縮式和縮進(jìn)式。當(dāng)前，主要使用的是縮進(jìn)式噴嘴。在氣流粉碎機(jī)發(fā)展的早期階段，研究人員就噴嘴設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究計(jì)算，例如確定計(jì)算方法，修改輪廓和控制初始擴(kuò)散角，并基于空氣動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究。葉靜等人利用特征線法分析并提出了噴嘴壁特征線的設(shè)計(jì)方案。特征線法是結(jié)合氣流粉碎機(jī)流動(dòng)特性的非旋轉(zhuǎn)二維超聲速方法，并依據(jù)此提出了恒流能量噴嘴的設(shè)計(jì)方案[11]。陳志敏等人分析了超音速噴射磨機(jī)的噴嘴流動(dòng)條件并進(jìn)行了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還討論了如何設(shè)計(jì)超音速噴嘴以獲得最優(yōu)的噴射速度[12]。金陵公司使用Fluent軟件對(duì)氣流粉碎機(jī)的噴嘴位置進(jìn)行了數(shù)值模擬，并分析了研磨室中的流場(chǎng)。從分析的結(jié)果可以看出，在設(shè)計(jì)噴嘴位置時(shí)，它是最佳的研磨安裝位置，同時(shí)可以獲得最佳性能[13]。Mcujicic等人分析了噴嘴的流場(chǎng)，并優(yōu)化了噴嘴的內(nèi)部形狀，以增加氣體阻力和顆粒加速度，并進(jìn)一步增加相同距離下的加速度，材料顆粒和顆粒進(jìn)一步細(xì)化，系統(tǒng)效率得到明顯的提高[14]。KatanodaHiroshi等人模擬并分析了超音速噴嘴內(nèi)部和外部的粒子流場(chǎng)，并分析和預(yù)測(cè)了粒子速度和溫度分布[15]。為了解決傳統(tǒng)氣流粉碎機(jī)能耗低，材料加速性差，磨削效果差的問(wèn)題，楊俊瑞等人通過(guò)改進(jìn)噴射磨機(jī)的噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種新型的環(huán)形復(fù)合模具。流體的數(shù)值模擬表明，與常規(guī)噴嘴相比，新型環(huán)形復(fù)合噴嘴具有更快的噴料速度，相對(duì)集中的噴料和更長(zhǎng)的噴料距離[16]。王立文等人采用一種集成設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化噴嘴結(jié)構(gòu)和噴嘴研磨設(shè)備參數(shù)，使用流體動(dòng)力學(xué)軟件模擬分析噴嘴流場(chǎng)，并使用有限元分析軟件分析內(nèi)部受力結(jié)構(gòu)。研究表明，入口壓力為3.5MPa且入口直徑為6mm的噴嘴能達(dá)到最佳使用效果。當(dāng)內(nèi)腔的錐角在8到12之間變化時(shí)，它對(duì)噴嘴的性能影響很小，并且當(dāng)內(nèi)腔具有平滑的彎曲形狀時(shí)，噴嘴的性能最佳[17]。根據(jù)可壓縮流體的軸對(duì)稱n-s方程，何峰，謝俊石等人使用RAN湍流模型和有限體積方法，使用非結(jié)構(gòu)化四邊形網(wǎng)格來(lái)量化具有不同內(nèi)部通道輪廓的無(wú)噴嘴射流。結(jié)果表明，對(duì)于軸對(duì)稱和等距的圓形噴嘴，入口通道的形狀對(duì)射流通道參數(shù)的分布影響更大。軸對(duì)稱收縮噴嘴的收縮角主要影響射流出口附近的速度。因此，建議在伸縮噴嘴的內(nèi)部流動(dòng)通道輪廓中使用曲線結(jié)構(gòu)以獲得良好的流動(dòng)特性[18]。2.總體方案設(shè)計(jì)2.1主要技術(shù)參數(shù)2.1.1設(shè)計(jì)參數(shù)選定參數(shù)表如下型號(hào)DAM-50（實(shí)驗(yàn)室***）DMA-100DMA-200DMA-250DMA-300DMA-350DMA-500DMA-600粉碎腔直徑(mm)50100200250300350500600粉碎壓力(MPa)0.7-1.00.7-1.00.7-1.00.7-1.00.7-1.00.7-1.00.7-1.00.7-1.0進(jìn)料壓力(MPa)0.2-0.50.2-0.50.2-0.50.2-0.50.2-0.50.2-0.50.2-0.50.2-0.5進(jìn)料粒徑允許進(jìn)料10目，經(jīng)濟(jì)進(jìn)料粒徑為625目耗氣量(Nm3/h)0.6-0.80.6-0.85-67-105-67.2-10.817-1823處理量(kg/h)0.5-22-1030-7550-13020-7530-150200-500300-600空壓機(jī)功率（kw）7.5153765-753765-75130190本文設(shè)計(jì)的一款扁平式氣流粉碎機(jī)，要求原料粒度為0.5-5mm，粉碎成品粒度在10納米至25納米之間。2.1.2總體方案選定（噴嘴怎么選的，優(yōu)缺點(diǎn)，加料的選擇，優(yōu)缺點(diǎn)，分級(jí)系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)，加上簡(jiǎn)圖）通過(guò)分析現(xiàn)有氣流粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)及原理得出了本扁平氣流粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案如圖2.1所示：圖2.1扁平氣流粉碎機(jī)整體方案圖2.2設(shè)計(jì)思路在分析了現(xiàn)有噴嘴的結(jié)構(gòu)和原理之后，得出了扁平噴嘴的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)傳統(tǒng)的噴射噴射原理，計(jì)算出扁平噴嘴的總體結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，然后整體計(jì)算出扁平噴嘴的性能參數(shù)。AutoCAD軟件可以將整個(gè)裝配圖和主要零件圖進(jìn)行多個(gè)方面的繪制[19]。2.3設(shè)計(jì)方案流程分析現(xiàn)有氣流粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)及原理→本扁平氣流粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)方案→計(jì)算總體結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)→繪制總體裝配圖→拆畫(huà)各主要零部件圖紙。2.4分級(jí)器設(shè)計(jì)在研究了分類理論之后，參考了分類器的相關(guān)信息并結(jié)合了分類功能，本設(shè)計(jì)的分類部分將葉輪旋轉(zhuǎn)的分類置于優(yōu)先地位。該分類原理已被其他分類器廣泛使用，因此該理論非常成熟。此設(shè)計(jì)中的班級(jí)大小較大且可調(diào)整，因此它們稱為連續(xù)可調(diào)式分類器（臨時(shí)稱為完全分類器）。（1）完全分級(jí)理論圖3.3粒子分級(jí)運(yùn)動(dòng)效果圖在分級(jí)器內(nèi)，分體可隨氣流作渦旋運(yùn)動(dòng)，顆粒切線方向的分速度為v，顆粒受沿旋流半徑向外的離心力Fr的作用，當(dāng)Fr>FR時(shí)顆粒向外運(yùn)動(dòng)成為粗粉，當(dāng)Fr<FR時(shí)顆粒向內(nèi)運(yùn)動(dòng)成為細(xì)粉，F(xiàn)R=Fr時(shí)的半徑成為分級(jí)半徑dc。（2）分級(jí)器結(jié)構(gòu)分級(jí)機(jī)構(gòu)主要包括分級(jí)室，分級(jí)葉輪，傳動(dòng)部分，電動(dòng)機(jī)。（3）工作原理分級(jí)器中用到了電動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到一定速度時(shí)，可動(dòng)輪被放置在分選室中并軸向旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)切碎的物料在進(jìn)料口處一起旋轉(zhuǎn)。為了滿足顆粒的要求，物料通過(guò)流的出口進(jìn)入收集裝置。為了獲得所需的顆粒尺寸，這些顆粒會(huì)從葉輪上移走，然后掉落到分級(jí)的葉子板上，以進(jìn)行粗料回收處理。在該分級(jí)機(jī)構(gòu)中，作用在轉(zhuǎn)速上的向心力和一定大小的粉末的向心力之間的平衡在理論上是所謂的關(guān)鍵分選點(diǎn)。分級(jí)粒度即是最終的細(xì)粉的粒度，取決于主分級(jí)點(diǎn)的控制。（4）分級(jí)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)于分級(jí)器相關(guān)的資料很多，扁平式氣流粉碎機(jī)可以使用多個(gè)物料分級(jí)器，可以讓物料分級(jí)更加具體和充分。但是，為了進(jìn)一步整合材料分級(jí)設(shè)備，在本文的設(shè)計(jì)中特意設(shè)計(jì)了一個(gè)分級(jí)機(jī)，使整個(gè)設(shè)備更具可調(diào)節(jié)性和自適應(yīng)性。在分級(jí)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，葉輪部分采用水平軸，物料垂直切向進(jìn)給并且通過(guò)軸向排出。粗料收集部分可以直接返回給集料機(jī)，進(jìn)行粗料收集，或者可以在進(jìn)入給料機(jī)之前進(jìn)行收集和存儲(chǔ)，扁平式物料粉碎機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)正是用到了此項(xiàng)特點(diǎn)，該設(shè)備用于物料的加工成型。完成后，可以對(duì)粗料的質(zhì)量和粒度進(jìn)行分析，這將有助于對(duì)扁平式氣流粉碎機(jī)的進(jìn)一步研究。分級(jí)理論和設(shè)備很多，分級(jí)方法和分級(jí)設(shè)備如下：超細(xì)粉塵分為干式分類，濕式分類，超臨界分類（干式和濕式分類）。以下簡(jiǎn)要描述用于分級(jí)的各種設(shè)備。（1）篩選設(shè)備：篩分通常用于對(duì)粗體物料（粒度為0.05毫米）進(jìn)行分類。（2）粗粉分離器：是一種外部循環(huán)式分選設(shè)備，空氣可以通過(guò)該設(shè)備。（3）離心式集塵器：（內(nèi)部循環(huán)式）是第一代可選集塵器，也稱為內(nèi)部循環(huán)式集塵器。（4）旋風(fēng)選粉機(jī)：旋風(fēng)分離器是第二代選配的粉末機(jī)，也稱為外循環(huán)選配的粉末機(jī)。內(nèi)部設(shè)計(jì)保留了離心式集塵器的特性，但外部有一個(gè)獨(dú)立的空氣循環(huán)風(fēng)扇，代替了離心式集塵器的大葉片。3.主要部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.1粉碎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算/3.1.1加速規(guī)律研究在當(dāng)前的氣流粉碎機(jī)設(shè)計(jì)中，噴嘴與粉碎中心之間的距離由射流軸速度在10de與20de之間的阻尼率確定[20]。對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的噴嘴，噴嘴出口速度的表達(dá)式不同。壓縮空氣工質(zhì)噴嘴出口速度為：（3-1）式中，p0，pp1——噴嘴進(jìn)口、出口處的壓力；ν0——進(jìn)口處的比容；k——定熵指數(shù)，空氣的k=1.4。而過(guò)熱蒸汽工質(zhì)噴嘴出口速度是：（3-2）式中，i———比焓，J/kg。這兩個(gè)公式可以更準(zhǔn)確地計(jì)算出物料不通過(guò)噴嘴的時(shí)間，但由于氣流中的顆粒會(huì)影響氣體速度，所以在物料通過(guò)噴嘴時(shí)必須進(jìn)行修正。令u為x方向的氣流速度，υp為顆粒的速度，τV為速度松弛時(shí)間。假設(shè)顆粒以x方向的速度分量υp，0，y方向速度υp，0進(jìn)入氣流，拖曳力系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的拖曳力系數(shù)，則：（3-3）（3-4）式中，D——顆粒的粒徑；ρ——?dú)怏w密度。此式中前一項(xiàng)參數(shù)代表與顆粒初速度相關(guān)的雷諾數(shù)。令，對(duì)公式（3-4）積分，得（3-5）所以當(dāng)Z=0時(shí)，獲得顆粒的最大滲透量ymax：（3-6）同理，可得（3-7）從單一顆粒出發(fā)，假定氣流沿其行程的速度是時(shí)間的一次函數(shù)，即u(t)=ue+bt，從理論上推導(dǎo)出了單個(gè)顆粒運(yùn)動(dòng)速度與噴嘴氣流出口速度之間的關(guān)系為[22]：（3-8）式中，us——顆粒速度隨時(shí)間變化的值；ue、u(t)——?dú)饬鞒隹谒俣群蜌饬魉俣入S時(shí)間變化的函數(shù)值；τV——運(yùn)動(dòng)的速度松弛時(shí)間；t——時(shí)間；ρs——顆粒密度；ds——顆粒直徑；ug——?dú)饬鞯恼承韵禂?shù)。在扁平式氣流機(jī)噴射過(guò)程中，通常降低從噴嘴輸出的氣流速度。但是，如果氣流速度是時(shí)間的二次函數(shù)，則很難找到粒子速度的具體數(shù)值。在實(shí)際工作中，解決各種氣流速度曲線中顆粒的空間位置變化更為重要。斯托克斯的阻力定律給出了特定風(fēng)速下粒子速度與加速距離之間的關(guān)系。（3-9）在氣流粉碎中，用噴嘴出口的顆粒動(dòng)能與所施加的總能量之比定義噴嘴的加速效率，推導(dǎo)出Laval噴嘴內(nèi)所加速顆粒的加速效率為:（3-10）式中，η——噴嘴加速效率；use——噴嘴末端氣顆粒速度；L——噴嘴長(zhǎng)度D——噴嘴直徑μ——?dú)夤虧舛圈?、λs——純氣流和有顆粒加入時(shí)的摩擦因子。（3-11）式中:Eloss——?dú)怏w的動(dòng)能損失；Ekin一氣體流過(guò)噴嘴的動(dòng)能（3-12）拉格朗日方法用于流體動(dòng)力學(xué)軟件來(lái)模擬和計(jì)算管道和擴(kuò)散段中的氣固流。添加顆粒在計(jì)算粒子之間的相互干擾后，它將模擬并計(jì)算粒子與管道壁之間的碰撞以及粒子的角速度，管道的軸向粒子速度和氣態(tài)固體，使用激光測(cè)速儀技術(shù)（PDA）獲得測(cè)試結(jié)果。經(jīng)上述計(jì)算噴嘴的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示：圖3.1噴嘴3.1.2粉碎規(guī)律的研究1959年，RumPf應(yīng)用Hertz理論分析了顆粒碰撞的應(yīng)力分布與沖擊速度的關(guān)系，結(jié)出了兩顆粒以一定的速度碰撞所產(chǎn)生的最大應(yīng)力為：（3-13）式中，m1、m2——兩顆粒的質(zhì)量，kg；r1、r2——兩顆粒碰撞部位的曲率半徑，m；μ1、μ2——兩顆粒的泊松比；Y1、Y2——兩顆粒的彈性模量；——顆粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，m/s。在特殊情況下，其中，——介質(zhì)中聲速不同的物料以及不同粒度的同一物料都存在著一個(gè)最優(yōu)的沖擊速度，使粉碎的能耗最低。當(dāng)速度大于該值時(shí)，能得到更細(xì)的產(chǎn)品，但能量利用率降低。借用分子論中自由平均行程來(lái)表示顆粒間的平均距離:(3-14)式中，λ——顆粒間的平均距離；（1-ε）——固體容積濃度?？紤]了單向流動(dòng)和顆粒在靜止氣體中的減速，對(duì)氣流粉碎區(qū)進(jìn)行了分析。規(guī)定95%的顆粒與其相反方向運(yùn)動(dòng)的顆粒碰撞的區(qū)域在噴嘴軸向上的長(zhǎng)度為I95：（3-15）顆粒與顆粒間的碰撞可看作是一個(gè)力對(duì)顆粒的作用，這個(gè)力可進(jìn)一步認(rèn)為在自由程內(nèi)是個(gè)常數(shù)，可計(jì)算為：（3-16）式中，k——顆粒與顆粒碰撞的復(fù)位系數(shù)。如果假設(shè)碰撞的顆粒是極好的塑性物料，碰撞的力與粉碎區(qū)入口處的摩擦力之比為（3-17）式中，Re——雷諾數(shù)，可根據(jù)顆粒速度計(jì)算，因?yàn)轭w粒是在靜止氣體中運(yùn)動(dòng)。這個(gè)公式在0.5≤Re≤10000范圍內(nèi)是有效的。如果物料是極好的彈性材料，則上式中的乘數(shù)2必須變?yōu)?，即上述關(guān)于粒子碰撞和破碎的討論有一定的局限性，與理論上確定的機(jī)械過(guò)程相比，有缺陷的粒子的破碎要復(fù)雜得多。研磨后的粒度非常復(fù)雜。同時(shí)，顆粒破碎的環(huán)境不同，顆粒的條件，性能，設(shè)備和工作條件也不同，顆粒破碎與能耗之間的關(guān)系也不同。很難做出一般性分析，并且許多參數(shù)必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)確定。然而，基于單個(gè)顆粒，我們研究了顆粒的比破碎能量與其抗沖擊性之間的關(guān)系，并且認(rèn)為顆粒的破碎尺寸與顆粒的性質(zhì)具有更大的關(guān)系。顆粒破碎所需的碰撞速度作為基于碰撞破碎機(jī)制的射流破碎的恒定指南。從微觀的角度以及粒子之間的相互作用出發(fā)，可以研究粒子碰撞過(guò)程中裂紋的形成，發(fā)展和聚集過(guò)程，以及粒子的運(yùn)動(dòng)，碰撞力和能量的轉(zhuǎn)移。粒子分解的性質(zhì)更加更清楚。在碰撞實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了顆粒破碎能與粒徑之間的關(guān)系，以及碰撞速度與破壞所需的粒徑之間的關(guān)系。（3-18）式中，Es——顆粒粉碎能，J；Us——顆粒碰撞速度，m/s；Y——顆粒的彈性模量，Pa；ν——泊松比；S0——單位體積顆粒的抗壓強(qiáng)度，Pa；V0——單位體積；m——威布爾均勻系數(shù)盡管阻力隨著粒徑的減小而增加，但它是在給定的撞擊速度下在粒子內(nèi)部產(chǎn)生的張力的值，但是考慮到粒子力的影響，也就是說(shuō)，如果粒子碰撞時(shí)發(fā)生的應(yīng)力未達(dá)到或超過(guò)強(qiáng)度，或者粒子碰撞速度未達(dá)到Y(jié).kanda推斷的粒子破壞速度值，則兩者將不會(huì)同時(shí)發(fā)生。如果發(fā)生損壞，則必須存在內(nèi)部損壞。下一次碰撞所需的速度會(huì)相應(yīng)降低，但是會(huì)降低多少呢？連續(xù)的粒子碰撞如何吸收能量？如何考慮多個(gè)粒子的作用力？國(guó)內(nèi)外學(xué)者沒(méi)有解釋說(shuō)明。在實(shí)驗(yàn)室中，用壓力槍將單個(gè)聚合物顆粒壓在目標(biāo)上，并研究了顆粒碰撞失敗的機(jī)理。并且已經(jīng)驗(yàn)證了由赫茲粒子碰撞引起的破壞的合理性。根據(jù)總能量平衡的原理，通過(guò)測(cè)量特定粒徑聚合物顆粒的沖擊率，斥力率，變形和沖擊力，最小沖擊破壞率以及沖擊率和單位分解能來(lái)計(jì)算最小值。粒子以120m/s的速度從噴嘴加速到250m/s，并與目標(biāo)碰撞，通過(guò)測(cè)量撞擊前后的速度來(lái)評(píng)估撞擊的能量損失。使用兩種不同的系統(tǒng)來(lái)測(cè)量粒子的速度。首先，非常低的濃度允許將顆粒作為針對(duì)目標(biāo)量身定制的單個(gè)顆粒進(jìn)行處理。速度是通過(guò)高速攝影測(cè)量（HSSV）測(cè)量的，分析粒子的軌跡，在中至高濃度條件下，使用2組傳輸光纖和1組接收光纖測(cè)試速度。實(shí)驗(yàn)研究了噴射操作的機(jī)理，空氣速度，氣固濃度，噴嘴到物體的距離，材料特性以及沖擊物體的方向。實(shí)驗(yàn)建立了失效率與顆粒形成新表面的速率之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。（3-19）式中，R——粉碎速度，kg/h；df、dp——進(jìn)料和產(chǎn)品的平均顆粒直徑；m、X、C——與物料相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。由于粉碎區(qū)域的速度很高，直接測(cè)量有一定的困難，以上的研究基本上是理論分析推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，因此還有許多問(wèn)題值得進(jìn)一步探討。經(jīng)上述碎腔的結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3.2粉碎腔結(jié)構(gòu)3.2加料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算已知：P(表壓)=4kgf/cm2=0.4Mpa即P1=0.5MpaP2=0.1Mpaφ2=5mm根據(jù)一元穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程m1=m2==式中：m1m2—截面1、2的質(zhì)量流量kg/sA1A2—截面1、2的面積m2C1C2—截面1、2處工質(zhì)的速度m/sV1V2—截面1、2處工質(zhì)的比容m3/kg截面1處P1V1=RT其中P1=0.5Mpa=5×105PaR=287.1T=293KV1==(287.1×293)÷5×105=0.168m3/kg截面2處Pc為臨界壓力對(duì)于空氣K=1.4β=0.528Pc=0.528P1=2.64×105Pa由于P2<Pc,這時(shí)噴管出口截面上氣流的壓力只能是臨界壓力Pc,出口處流速為臨界流速 Cc,即為音速。C2=Cc=2KRT[1-(Pc/P1)(K-1)/K]/K-1=2KRT/K+1=2×1.4×287.1×293÷(1.4+1)=313.3m/sV2=V1(P1/Pc)1/k=0.168×(5×105/2.64×105)1÷1.4=0.419m3/kg所以加料器的空氣質(zhì)量流量為m加=A2C2/V2=πd2C2/4V2=3.14×(0.005)2×313.3÷4÷0.419=0.01467kg/s3.3分級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算粉碎的物料通過(guò)管道進(jìn)入分級(jí)機(jī)，碎料分級(jí)是本次設(shè)計(jì)的一部分，但是由于設(shè)計(jì)概念相對(duì)獨(dú)立，所以它是相對(duì)獨(dú)立的部分。但是，分級(jí)機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合一般的氣流粉碎機(jī)要求和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并且應(yīng)易于調(diào)整以根據(jù)不同的要求對(duì)不同的物料和不同的粒度進(jìn)行分級(jí)。3.3.1分級(jí)理論分離后獲得的某種成分的質(zhì)量與分離前粉體中所含該成分的質(zhì)量之比為分離效率。用下式表示H=(m/m0)*100%（3-20）在等式中，m0以及m分別是粉末在分離之前的特定組分的質(zhì)量和在分離之后獲得的組分的質(zhì)量，其中h是分餾效率。粉末具有較大的粒徑分布范圍，并且通常不能滿足特定粒徑范圍內(nèi)的超細(xì)粉末的要求。分類是指分別使用合格的產(chǎn)品，然后切割不合格的產(chǎn)品。避免浪費(fèi)能量和過(guò)多的產(chǎn)品。粉碎工業(yè)中的關(guān)鍵問(wèn)題是材料的超細(xì)粒度，分級(jí)在粉碎中起著重要作用。及時(shí)分離出適合研磨的細(xì)顆粒以形成最終產(chǎn)品，然后將較大的顆粒送回研磨系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步研磨。這種粉碎機(jī)和分級(jí)系統(tǒng)的組合可以形成一個(gè)開(kāi)放的物料回路。4.展望與總結(jié)4.1展望本文提出了一種在我國(guó)常用的扁平式氣流粉碎機(jī)的具體設(shè)計(jì)方案，并基于該設(shè)計(jì)方案對(duì)四個(gè)參數(shù)（噴嘴角度，分級(jí)速度，進(jìn)料速度，背壓）進(jìn)行了相應(yīng)的參數(shù)優(yōu)化，但是由于自身的知識(shí)水平有限，因此在本次設(shè)計(jì)中仍然存在很多實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題。（1）本文定性描述氣流流場(chǎng)，并獲得一些結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)對(duì)位移的影響。因此，該模型是簡(jiǎn)化模型，在實(shí)際中還需要更精確地建立噴嘴結(jié)構(gòu)，并提高研究的準(zhǔn)確性。（2）本文對(duì)出料速率進(jìn)行了優(yōu)化，本研究針對(duì)的是噴嘴結(jié)構(gòu)等因素影響粉碎機(jī)出料和破碎效率的腔體，具體效果還需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。4.2總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)學(xué)到的知識(shí)的回顧，也是對(duì)過(guò)去學(xué)到的知識(shí)的綜合應(yīng)用。表現(xiàn)出我們獨(dú)立思考，解決實(shí)際工程問(wèn)題，并進(jìn)行獨(dú)立繪圖的能力，讓教科書(shū)的理論知識(shí)可以在生產(chǎn)實(shí)踐中得到真正的應(yīng)用。在此之前，經(jīng)過(guò)四年的研究，我學(xué)到了很多知識(shí)，但是我還沒(méi)有機(jī)會(huì)去真正的動(dòng)手實(shí)踐。本次設(shè)計(jì)讓我全面理解了機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)設(shè)計(jì)，計(jì)算和工程圖的繪制進(jìn)行了系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)，并且讓我對(duì)機(jī)械工作的興趣日益濃厚，對(duì)機(jī)械行業(yè)充滿信心。在設(shè)計(jì)初期，我訪問(wèn)了圖書(shū)館的網(wǎng)站文獻(xiàn)，并下載了許多相關(guān)文檔和材料。在對(duì)扁平式氣流粉碎機(jī)有了一些了解之后，我開(kāi)始準(zhǔn)備撰寫(xiě)報(bào)告和文獻(xiàn)綜述。在整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程也受到了很大的啟發(fā)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行幾次修改之后，制定了總體計(jì)劃，并繼續(xù)進(jìn)行制圖和其他工作。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我得到了老師的幫助，我認(rèn)為通過(guò)與老師的交流，我可以學(xué)到很多東西。老師可以從不同的角度激勵(lì)我，驅(qū)動(dòng)我，并能夠給我很多幫助，對(duì)我在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的很多實(shí)際問(wèn)題，老師都可以耐心幫助我解答。在此期間，扁平式氣流粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)基本上是根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成的，但是由于缺乏實(shí)踐知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，這種設(shè)計(jì)有其缺點(diǎn)，還需要后續(xù)工作的不斷完善。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5.參考文獻(xiàn)[1]邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第4版.北京：高等教育出版社，1997[2]王明強(qiáng).機(jī)械設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2007.[3]孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2010,04[4]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì).中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典[M].江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002，01.[5]薛銅龍，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].電子工業(yè)出版社，2011.05[5]殷昌貴，王蘭美.畫(huà)法幾何及工程制圖[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007[6]葉偉昌主編.機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)(上冊(cè))[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.[7]葉偉昌主編.機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)(下冊(cè))[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.[8]胡家秀主編.機(jī)械零件設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.10.[9]超微氣流粉碎，楊宗志編著，化學(xué)工業(yè)出版社[10]WangY,PengF.Parametereffectsondryfinepulverizationofaluminaparticlesinafluidizedbedopposedjetmill[J].PowderTechnology,2011,214(2):269-277.[11]RajeswariMSR,AzizliKAM,HashimSFS,etal.CFDsimulationandexperimentalanalysisofflowdynamicsandgrindingperformanceofopposedfluidizedbedairjetmill[J].InternationalJournalofMineralProcessing,2011,98(1-2):94-105.[12]RodnianskiV,KrakauerN,DarweshK,etal.Aerodynamicclassificationinaspiraljetmill[J].PowderTechnology,2013,243(7):110-119.[13]ZbronskiD.Analysisoftheinfluenceofselectedparametersprocessontheperformanceoffluidizedbedopposedjetmill.partIV:Forecastingofparticlesizedistributionofgrindingproduct[J].GospodarkaSurowcamiMineralnymi,2011,27(2):43-61.[14]黨棟.超細(xì)粉體的渦輪分級(jí)研究[D].北京化工大學(xué),2015.[15]劉雪東,卓震.扁平式氣流粉碎機(jī)粉碎室流場(chǎng)的數(shù)值模擬[J].化工學(xué)報(bào),2000,51(3):414-417.[16]葉菁,陳家炎.超音速氣流粉碎機(jī)核心噴射帶流動(dòng)規(guī)律與幾何結(jié)構(gòu)探討[J].礦冶工程,19