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三螺杆秸秆膨化机的研究

三螺杆秸秆膨化机的研究

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作者：李莹沈阳工业大学

学位级别：硕士

秸秆膨化机的出现在一定程度上解决了秸秆资源浪费问题,现阶段使用广泛的单螺杆和双螺杆秸秆膨化机的螺杆磨损严重,膨化效率低。为了解决现有秸秆膨化机的不足,本文提出三螺杆秸秆膨化机这一构想,研究三螺杆秸秆膨化机的空间几何理论,... 详细信息

秸秆膨化机的出现在一定程度上解决了秸秆资源浪费问题,现阶段使用广泛的单螺杆和双螺杆秸秆膨化机的螺杆磨损严重,膨化效率低。为了解决现有秸秆膨化机的不足,本文提出三螺杆秸秆膨化机这一构想,研究三螺杆秸秆膨化机的空间几何理论,并采用有限元法对三螺杆秸秆膨化机内部的速度场、压力场、流固耦合场进行分析,该研究为后续三螺杆秸秆膨化机的工艺条件选择和螺杆结构设计提供了参考。本文首先对三螺杆秸秆膨化机的空间几何进行分析:对比三根螺杆的三种排列方式,空间上倒三角形排列具有3个啮合区和特有的中心区;计算在不同螺纹头数时的中心距及螺槽深度范围,推导中心距与螺杆顶角的关系;根据同向啮合型三螺杆的运动学原理,分别推导了多头螺纹型线方程和三头螺纹型线方程,受限于螺杆之间的配合,本文中选择三头螺纹元件。其次在三螺杆秸秆膨化机的流场仿真分析上:建立三螺杆秸秆膨化机内部流场模型,通过划分流体域网格、编译UDF函数、定义动网格运动区间完成前处理设置;在速度场内,高剪切区主要存在于三根螺杆的啮合区,低剪切区主要分布在螺杆与机筒内壁之间,高剪切速度区占整体速度场的36.1%,当螺杆转速设置在350 rpm时,中心区内物料的环流效应对出口流量的影响最小;采用ANSYS/workbench软件分析流固耦合作用对三螺杆秸秆膨化机螺杆受力及形变的影响,通过对比纯流场与施加流场压力和螺杆扭矩共同作用下的螺杆总形变量,总形变差值仅为5.2×10 mm,影响螺杆受力变形的主要因素是流场压力载荷。最后对比在螺杆参数及初始条件一致时:三螺杆秸秆膨化机流道面积和流道体积分别是双螺杆秸秆膨化机的1.1倍和1.6倍;三螺杆秸秆膨化机流场内物料速度平均值为双螺杆的2.5倍,表明三螺杆秸秆膨化机对物料剪切能力优于双螺杆;三螺杆秸秆膨化机出口处压力为0.3759 MPa,双螺杆出口处压力为0.0157 MPa,得出三螺杆秸秆膨化机建压能力优于双螺杆;对比秸秆膨化机的流固耦合场,三螺杆的最大型变量为2.6×10 mm,双螺杆的则为2.7×10 mm,说明三螺杆秸秆膨化机中螺杆的磨损程度要小于双螺杆。

关键词：三螺杆秸秆膨化机流固耦合场螺纹型线速度场压力场

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