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立式紊流搅拌机多相流场及混合性能

排灌机械工程学报 2024年

作者：陈作炳付云艾佳卢怀旭武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院

为研究液体与固体颗粒在大容积立式搅拌机中的混合特性,建立了转轴与转筒耦合运动形式的双轴立式搅拌机和单轴立式搅拌机模型,利用计算流体动力学仿真软件Fluent中的双欧拉模型和RNG k-ε湍流模型,以污泥和铁尾矿颗粒作为混合介质,分别... 详细信息

为研究液体与固体颗粒在大容积立式搅拌机中的混合特性,建立了转轴与转筒耦合运动形式的双轴立式搅拌机和单轴立式搅拌机模型,利用计算流体动力学仿真软件Fluent中的双欧拉模型和RNG k-ε湍流模型,以污泥和铁尾矿颗粒作为混合介质,分别模拟2种搅拌机内部物料的混合过程,对流体流动特性以及固相颗粒体积分布规律进行分析,并对比分析了双轴搅拌和单轴搅拌对液固两相混合性能的影响.结果表明:相同工况下,2种搅拌机内的流场特性差异较大,双轴搅拌机内流体的紊流效果明显强于单轴搅拌机;固相颗粒在单轴搅拌机内从上到下呈阶梯状分布,而在双轴搅拌机内各处均匀分布;结合示踪剂扩散时间可得出,双轴搅拌机单位体积混合能耗远小于单轴搅拌机,所以双轴搅拌机的搅拌混合效果以及混合效率优于单轴搅拌机.研究结果可为大容积搅拌混合设备的设计与优化提供重要的参考.

关键词：搅拌机液固两相流双轴旋转搅拌混合数值分析混合效率

基于多目标RCPSP问题的水泥库施工优化调度研究

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数字制造科学 2024年第1期 43-47页

作者：毛娅肖骞陈作炳刘曦武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

针对水泥工程建造过程任务繁重、现场协调作业多等问题,以水泥库施工为对象,设计了工期最短-资源均衡的多目标资源受限项目调度优化方案。结合项目工期最短指标和资源均衡优化指标建立了多目标优化模型,对NSGA-Ⅱ算法进行针对性的改进设... 详细信息

针对水泥工程建造过程任务繁重、现场协调作业多等问题,以水泥库施工为对象,设计了工期最短-资源均衡的多目标资源受限项目调度优化方案。结合项目工期最短指标和资源均衡优化指标建立了多目标优化模型,对NSGA-Ⅱ算法进行针对性的改进设计,采用带集合关系的选择、交叉、变异算子,减少迭代过程中的不可行解,引入最优前端个体系数,以控制Pareto前沿中的个体数量,保证最优解的分布均匀。利用改进NSGA-Ⅱ算法求解水泥库多目标调度优化模型,得到Pareto最优解集为项目决策者提供参考。

关键词：新型NSGA-Ⅱ算法多目标资源受限项目调度 Paroto优化

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全流域立磨选粉机动叶片形状的分级特性研究

计算机仿真 2022年第1期39卷 238-242页

作者：陈作炳彭威于永杰武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

为研究立磨选粉机动叶片形状对于立磨全流域流场及分级筛选性能的影响,以HRM1700X立磨为研究对象,应用MRF模型模拟选粉机转子的旋转,运用DPM模型的双向耦合计算方法求解颗粒运动轨迹,实现了立磨全流域三维流场的建模与计算,并通过试验... 详细信息

为研究立磨选粉机动叶片形状对于立磨全流域流场及分级筛选性能的影响,以HRM1700X立磨为研究对象,应用MRF模型模拟选粉机转子的旋转,运用DPM模型的双向耦合计算方法求解颗粒运动轨迹,实现了立磨全流域三维流场的建模与计算,并通过试验进行验证。通过模拟研究四种不同动叶片形状下速度场、压力场以及颗粒分级筛选性能的变化规律,对比发现LV型动叶片相比直型动叶片,分级粒径更小,颗粒分级效率更高,其计算模型和研究成果对指导高效立磨选粉系统具有重要的工程应用价值。

关键词：立磨全流域分级筛选动叶片数值模拟

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立式发酵机搅拌阻力矩计算模型的搭建和修正

机械设计与制造 2022年第4期374卷 10-13页

作者：陈作炳罗传威郑欢武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

针对大型养殖场处理畜禽粪便难的问题,设计一种高效处理畜禽粪便的立式发酵设备。为了合理的设计和优化该设备的传动系统,需要计算立式发酵机搅拌器工作时的阻力矩。通过理论分析,建立了发酵机搅拌器阻力矩的计算模型。利用相似理论对... 详细信息

针对大型养殖场处理畜禽粪便难的问题,设计一种高效处理畜禽粪便的立式发酵设备。为了合理的设计和优化该设备的传动系统,需要计算立式发酵机搅拌器工作时的阻力矩。通过理论分析,建立了发酵机搅拌器阻力矩的计算模型。利用相似理论对搅拌器模型进行缩放,运用离散单元法对搅拌过程进行模拟。通过与现场应用试验数据对比,验证了计算模型和相似模型离散元仿真的合理性。为了使计算模型更好的应用于工程实际,探究了搅拌转速对搅拌阻力矩的影响。根据仿真结果对阻力矩的计算模型进行修正,为立式发酵机搅拌器阻力矩的计算提供了指导。

关键词：立式发酵机搅拌器离散元计算模型

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带气腔结构的平面静压气体轴承特性分析

机械设计 2022年第1期39卷 59-64页

作者：陈作炳唐仁洪梅文辉吴志豪武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070 中山新诺科技股份有限公司广东中山528437

采用小孔节流的平面静压气浮运动平台由于其精度高、成本低等特点被广泛应用于精密设备当中,但相对于传统轴承存在承载力和刚度低的问题,很难将其应用到高速重载的设备中。针对以小孔节流的平面静压气体轴承承载力和刚度低的问题,通常... 详细信息

采用小孔节流的平面静压气浮运动平台由于其精度高、成本低等特点被广泛应用于精密设备当中,但相对于传统轴承存在承载力和刚度低的问题,很难将其应用到高速重载的设备中。针对以小孔节流的平面静压气体轴承承载力和刚度低的问题,通常采用开设气腔和均压槽来实现高的承载力,但是气腔的结构也会对气体静压轴承产生不同影响。文中采用Fluent软件对比分析有无气腔结构对气浮平台承载能力及刚度的影响,并分析圆柱型气腔结构下气体轴承稳定性。研究结果表明:增加气腔可以提高平面静压气体轴承承载特性,但是由于开设气腔结构导致高压、气体在气腔处产生涡流,造成气浮导轨变得不稳定。在圆柱型气腔结构中供气压力越大,气体轴承稳定性越差;节流孔直径越小,气体轴承稳定性越差。

关键词：平面静压气体轴承气腔 Fluent仿真承载特性稳定性

螺棱断面形状对单螺杆挤出机熔融输送段的影响

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北京理工大学学报 2017年第1期37卷 24-29页

作者：范涛陈作炳汤帅董瑞佳杜佳佳武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

采用数值分析方法分析了单螺杆挤出机螺杆的螺棱断面形状对PVC木塑材料熔融输送段熔融过程的影响.采用流变实验,获得PVC木塑材料的黏度数据,由幂律模型与近似阿雷尼克斯模型共同给出黏度模型,并运用Polyflow中Polymat模块对实验数据进... 详细信息

采用数值分析方法分析了单螺杆挤出机螺杆的螺棱断面形状对PVC木塑材料熔融输送段熔融过程的影响.采用流变实验,获得PVC木塑材料的黏度数据,由幂律模型与近似阿雷尼克斯模型共同给出黏度模型,并运用Polyflow中Polymat模块对实验数据进行拟合,获得数值分析研究所需物料流变参数;应用PRO/E建立三维实体模型,采用Gambit进行网格划分,运用Polyflow的网格重叠技术并生成叠加网格文件,确定物料参数和边界条件后建立了数值分析模型,求解得到不同螺棱断面形状对PVC木塑单螺杆挤出机熔融输送段各流场的影响.

关键词： PVC木塑单螺杆挤出机螺棱断面形状熔融输送段

基于分形理论的人体骨微观结构仿生设计(英文)

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中国组织工程研究与临床康复 2007年第14期11卷 2784-2786页

作者：毛娅陈作炳武汉理工大学机电学院湖北省武汉市430074

背景:设计人体骨微观结构需建立一种能有效地描述其中的孔结构和连接体的模型,由于这些孔具有不规则的边界,而这种不规则性很可能就与功能有着密切的关系。分形理论能否有效的找出这些不规则结构中蕴含的规则性?目的:利用分形理论对人... 详细信息

背景:设计人体骨微观结构需建立一种能有效地描述其中的孔结构和连接体的模型,由于这些孔具有不规则的边界,而这种不规则性很可能就与功能有着密切的关系。分形理论能否有效的找出这些不规则结构中蕴含的规则性?目的:利用分形理论对人体骨微观结构进行了分形特性描述,根据分形维构造符合人体要求的微孔结构,利用快速成型制造技术,从仿生学的角度提出了一种新的人体骨微观结构三维建模设计方法。设计:计算机辅助仿生设计。单位:武汉理工大学生物中心。材料:实验于2005-01/06在武汉理工大学生物中心完成,材料为1名健康中年男性人体髋关节骨灰度图原始图。方法:对人体骨灰度图进行处理,提取其典型微孔结构的边缘轮廓,得到的人体骨边缘轮廓图。利用B样条作图原理将其矢量化。①利用分形理论,分析典型微孔结构的分形维数,结果用维数(D=2s,s为拟和直线的斜率)表示,找出微孔结构之间的内在联系。②在VC++下利用蒙特卡罗撒点法生成具有适当孔隙率的人体骨二维微观结构,利用快速成型分层制造技术生成三维结构模型。主要观察指标:①人体骨微观组织微孔结构的分形维数。②人体骨二维及三维模型建立结果。结果:①对具有代表性的孔进行了分维计算,得出这些维数值介于1.14～1.28之间,这些微孔结构的分维值是非常接近的,证明了人体骨边界轮廓具有自相似性。②得到了人体骨微观结构的二维模型,得到二维模型之后,利用快速成型分层制造技术生成了三维结构模型,在保证二维模型较大孔隙率的情况下,三维模型的孔隙率以及连通性均能达到较高要求,通过计算,该模型的孔隙率达到40%以上,能够实现层与层之间的相互贯通,满足设计要求。结论:从人体骨微观结构仿生型应该满足的基本要求入手,将分形理论应用于人体骨二维仿生模型建立。对人体骨灰度图及其典型微孔的边缘轮廓的分形特性进行了分析。利用VC++开发出适应组织工程的人体骨二维仿生微观结构的软件,同时将二维模型导入到三维软件中生成三维模型,最终生成符合人体骨功能的3维支架结构模型。

关键词：人体背仿生学分形

基于CFD的内置式烟气加热装置数值模拟优化

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数字制造科学 2022年第1期 34-38页

作者：毛鹏毛娅陈作炳武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

为将已经脱硫的工业废气升温到SCR法脱硝技术催化剂的最佳温度窗口,设计了一种新型的烟气加热装置,借助CFD技术进行热态流场数值模拟分析,并在初始结构基础上实施增加燃气旋流环、增加钝体以及改变中心风道直径等措施优化内部热态流场... 详细信息

为将已经脱硫的工业废气升温到SCR法脱硝技术催化剂的最佳温度窗口,设计了一种新型的烟气加热装置,借助CFD技术进行热态流场数值模拟分析,并在初始结构基础上实施增加燃气旋流环、增加钝体以及改变中心风道直径等措施优化内部热态流场。流场对比分析结果表明:燃气旋流环的增加可获得天然气出口的旋转射流;锥形钝体以及中心风道直径的变小,可以在保证中心烟气轴向速度稳定的情况下获得径向速度。最终优化后的结构让天然气和低温烟气充分混合,燃烧时火焰刚性增强,同时减少火焰长度,达到稳定燃烧的性能。

关键词： CFD 内置式加热装置数值优化火焰刚性

基于Fluent的多种生物质颗粒燃烧数值模拟

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热能动力工程 2017年第12期32卷 121-125页

作者：毛娅江智陈作炳邹远志武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

基于ANSYS FLUENT(有限元商用计算流体力学)软件模拟烟煤、花生壳、落叶松、玉米秸、稻秆和棉秆6种颗粒在圆筒形燃烧室中的燃烧。对比分析了这6种燃料颗粒燃烧时燃烧室内各截面温度、不均匀系数、氧气质量分数和NO_x质量分数分布。模型... 详细信息

基于ANSYS FLUENT(有限元商用计算流体力学)软件模拟烟煤、花生壳、落叶松、玉米秸、稻秆和棉秆6种颗粒在圆筒形燃烧室中的燃烧。对比分析了这6种燃料颗粒燃烧时燃烧室内各截面温度、不均匀系数、氧气质量分数和NO_x质量分数分布。模型燃烧室直径为1 m,长度为10 m。在燃烧室中心径向0.125 m范围内燃料颗粒通过流速为50m/s的高速气流以0.1 kg/s的质量流量喷入燃烧室,在径向0.125~0.5 m范围内通入流速为15 m/s的空气。燃料颗粒粒径为40μm,密度为1 200 kg/m^3。研究表明:高热值的燃料在各个截面上的最高温度均高于低热值燃料,烟煤、花生壳、落叶松、玉米秸、稻秆和棉秆燃烧时燃烧室最高温度分别为2 643.26、2 260.37、2 190.83、2 163.35、2 130.37和2 060.83 K;生物质燃料的温度分布均匀程度优于烟煤;生物质燃料产生的NO_x明显较少,其中棉秆最少;在余气系数均为1时,各燃料燃烧时燃烧室内最高温度均有所提高,但是整体仍然满足高热值燃料温度高于低热值燃料的规律。

关键词：生物质颗粒余气系数燃烧热值