PVA纤维分散机锤片外流场分析及其分散性能测试

辩论人：PVA纤维分散机锤片外流场分析及其分散性能测试毕业辩论dissertationdefence指导老师：CONTANTS重庆交通大学研究内容绪论研究结论创新点论文绪论Itwasthebestoftimes,itwastheworstoftimes;itwastheageofwisdom,itwastheageoffoolishness.

重庆交通大学混凝土纤维混凝土随着全球公路建设的快速开展，混凝土材料的需求也愈发强烈。现在，混凝土材料的开展方向以高性能、高强度和多功能为主，然而现在所使用的高强度混凝土中存在着抗裂性不好、收缩变形大、脆性大等问题。研究背景针对混凝土表现出的问题，专家们提出了复合化的思想，即在混凝土中掺加纤维，以增强混凝土使用性能。而聚乙烯醇纤维PVA以其优质的物理化学性质与价格低廉的特点逐渐受到人们的重视。重庆交通大学

束状纤维束状PVA纤维与混凝土拌合时极易形成纤维团，很难保证纤维均匀分散于基体中形成网格体系，并且结团的纤维会在混凝土内形成一个个应力集中点，破坏混凝土结构的稳固性。

丝状纤维大量实验研究说明纤维在混凝土材料中均匀分散是影响其增韧阻裂性能的必要因素纤维之间相互交错分布形成一种均匀的三维乱向的网格体系，这种均匀且乱向网格体系可以提高混凝土受冲击时对于动能的吸收能力。重庆交通大学与普通混凝土生产工艺流程不同，掺PVA纤维混凝土在现场生产流程中，在纤维参加料斗与集料混合之前尚有一道分散的工序。重庆交通大学第7页化学分散法超声波分散法机械分散法选择一种或多种分散剂来提高分散质的分散性，改善分散体系稳定性及流变性。主要依赖液体的超声空化作用。借助机械剪切力与撞击力等机械能使团聚的纤维束在介质中打散分散。常见的分散技术重庆交通大学研究内容框架PVA纤维物理化学性质及几何特征PVA纤维分散机根本结构及工作原理纤维分散性的影响因素锤片模型建立求解器的设定锤片外流场分析123456重庆交通大学3of19毕业辩论dissertationdefencePVA纤维物理化学性质与几何特征物理性质化学性质2.出色的抗张强度和弹性模量。1.与水泥亲和性高。2.耐碱和耐候性能良好。3.耐光性和耐腐蚀性好。4.绿色环保无污染。1.亲水性强，溶于95°以上水溶液，不溶于汽油、煤油等有机溶剂。PVA纤维物理化学性质重庆交通大学17of19毕业辩论dissertationdefence集束状况PVA纤维几何特征PVA纤维通常有单丝状、束状和网团状三种。理想的集束状况应该是单丝状。就是指在没有外力影响的情况下，纤维处于自然伸直状态时，所测得的两端间距离。综合分析试验结果确定理想的PVA纤维长度应是24mm即纤维长度与直径的比值，长径比愈大时，强度的增加量反而愈小长度长径比重庆交通大学4of19毕业辩论dissertationdefencePVA纤维分散机根本结构及工作原理重庆交通大学PVA纤维料主要受到流场的剪切力和锤片的冲击力作用，一局部纤维受气流作用直接由下端出口流出，也有一局部会再一次被锤片撞击而发生分散。26of19重庆交通大学毕业辩论dissertationdefence纤维分散性影响因素锤片排布锤片厚度转速锤片形状轴距间距分析对象确定参数37of19重庆交通大学毕业辩论dissertationdefence锤片厚度为4mm交错排布时，锤片环流层之间相互作用更强，有利于纤维的剪切，应选择交错排布的方式。宽缘可为30mm，窄缘可为21mm，锤头长可为32mm。锤片排布锤片厚度锤片形状确定参数转速轴距间距分析对象参考SF型打散分级机的调速范围300r/min~900r/min经干预分析确定轴距取值：140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm。锤片间距取值：40mm、50mm、60mm。重庆交通大学简化模型搅拌轴装配模型搅拌锤片模型CATIA三维建模：重庆交通大学锤片模型建立4搅拌轴整体结构复杂，且锤片之间互相交错咬合，这样就造成两根搅拌轴的流场互相影响，由于每组锤片间距都相同，每组锤片外流场运动情况也大致类似，故本文简化三维模型。流体域抽取：重庆交通大学为研究两组锤片对外流场运动产生的影响关系，以确定搅拌轴结构参数，并在此根底上确定筒体的结构参数，故抽取外流场空间相对较大。网格划分：重庆交通大学共575624个六面体非结构化网格，其中锤片附近网格加密处理。PART名称最大单元尺寸（mm）锤片0.01内外接触面0.06入口/出口0.06旋转流域0.06静止流域0.1壁面0.18of19毕业辩论dissertationdefence进口：mass-flow-inlet型，1kg/s流量出口：outflow型，单一出口内外接触面：interface对〔6对〕边界条件(MRF法)：重庆交通大学旋转域转速：650r/min。锤片转速：0r/min锤片外流场分析6锤片组合：间距40mm，轴距140mm，转速650r/min压力分布湍动能分布速度以及速度矢量分布不同间距对流场影响比照分析不同轴距对流场的影响比照分析不同转速对流场影响比照分析PVA纤维分散机模型12of19毕业辩论dissertationdefence锤片组合：间距40mm，轴距140mm，转速650r/min压力分布重庆交通大学1.锤片锤头梯形局部附近压力最大，迎风面压力大于背风面的压力。2.在离近出口边界压力值又有些上升，这是因为锤片旋转引起一定程度的回流。湍动能分布重庆交通大学间距40mm，轴距140mm，转速650r/min流场下半部出现明显的湍动能分布线，靠近中间区域的湍动能最大，壁面附近湍动能最小。两组锤片的交错重叠区域，湍动能较强，说明此处流体具有较大的相对速度，有利于纤维束的破碎分散。下半部至出口区域设计成圆弧状靠壁面处锤片对流场的剪切作用最明显速度分布重庆交通大学间距40mm，轴距140mm，转速650r/min离轴心越小，锤片线速度越小，因此，锤片在剪切纤维时起主要作用的是锤片的尾端，即锤头梯形局部局部。速度矢量分布重庆交通大学间距40mm，轴距140mm，转速650r/min40mm50mm60mm锤片间距增大湍动能大小以及分布范围都在不断减小不同间距下锤片剖面湍流云图重庆交通大学轴距140mm，转速650r/min13of19毕业辩论dissertationdefence不同间距下转速与压力关系图重庆交通大学轴距140mm1.每个转速下，间距越大，最大压力值越大。2.速度增大，最大压力值也会增大，且速度越大，速度增长率越大不同轴距下位移与湍动能关系图重庆交通大学转速650r/min间距40mm靠近轴心处湍动能最大，连轴线中心最小，所以应该尽量减小轴距，为防止搅拌轴工作时由于震动引起干预，本次研究可将轴距确定为150mm。转速n与差速度V3关系曲线图重庆交通大学间距40mm，轴距150mm锤片转速应定在650r/minV3为锤片最高点V1与最低点V2的差速度PVA纤维分散机整体模型重庆交通大学名称数值（mm）进料口尺寸（长*宽）278*100出料口尺寸（长*宽）578*150筒壁厚度4筒体尺寸（长*宽*高）676*400*510搅拌轴分散机外观PVA纤维分散机重庆交通大学经分散机处理前的PVA纤维经分散机处理前的PVA纤维PVA纤维重庆交通大学束宽明显减小了很多，较大束宽的纤维束几乎没有了转速越大，筛拣后纤维的重量越大。该工程中要求经纤维分散机处理后的纤维中，束宽5mm以下的纤维占85%以上，即经分散机处理后的纤维分散质量必须在85%以上。转速（r/min）3004005006007008009001000质量（g）125.13140.13148.25163.52173.67178.16179.97181.33重庆交通大学筛拣出束宽大于5mm的纤维束转速与分散质量曲线重庆交通大学当转速到达700r/min时，分散质量到达86.84%，开始满足工程上对纤维分散质量的要求。说明分散机转速在700r/min以上时，PVA纤维分散机的分散性能满足工程要求。17of19毕业辩论dissertationdefence研究结论conclusion重庆交通大学2.通过对锤片剖面上的压力云图、速度云图、速度矢量图以及湍流云图分析，分散机进筒体下半部至出口区域应设计成圆弧状的结构形状。3.通过仿真比照分析，分散机锤片间距应为40mm，轴距应为150mm，转速为650r/min。4.通过现场试验，采用样本抽取的方法，当转速到达700r/min时，满足工程上对分散性的要求。1.在分析了PVA纤维在搅拌室内运动时动量与能量转化关系的根底上，得出了减小筒壁与锤片距离、改变筒壁的形状，增大转子的外径和转速，增加锤片的数量等方式，都能改善纤维分散性能，提高分散机的生产率；此外，根据分散机搅拌室内流体的运动状态，得出增大流场的湍流动能也可以增强纤维分散性能。18of19毕业辩论dissertationdefence论文创新点12重庆交通大学将流体有限元的思想引入到PVA纤维流中，把PVA纤维料看做流体介质进行模拟和运算，建立了PVA纤维分散机锤片外流场的有限元模型，并进行了分析研究。针对安徽省济祁高速公路砀山段施工现场所采用的PVA纤维，设计了满足施工要求的PVA纤维分散机结构。19of19毕业辩论dissertation