粉末飞行之研究——Ⅱ粉末在离心雾化风场中的飞行轨迹.pdf

兔兔ww. xli ILI.ceon
第28卷第6期
粉末治金技术
Vol 28, No 6
2010年12月
Powder Metallurgy Technology
Dec.2010
粉末飞行之研究
Ⅱ粉末在离心雾化风场中的飞行轨迹
王崇琳
(中国科学院金属研究所,沈阳110016)
摘要:讨论了雾化容器内风场的产生和表示法,用幂函数或指数函数描述一维风场的速度和方向,采用两
步法和相对速度法编写了 Fortran语言计算程序,对比了两种计算法,认为相对速度法结果更可信;计算了粉
末颗粒在风场中的运动,风场对细颗粒粉末的运动影响较大,当风场较大时,细颗粒的粉末会随风场飘向远
处,而风场较弱或受到抑制时,细粉则集中于雾化器中心附近;研究了细颗粒粉末在低压气体风场中的飞行
压力对颗粒飞行轨迹无影响,但因雷诺数很小,此计算结果待核实。
关键词:粉末;雾化;粉末飞行计算
Investigation of the flying of powder particles
-II trajectories of flying powder particles in wind fields of centrifugal atomization
Wang Chonglin
Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)
Abstract: The paper discussed the flying trajectories of atomized powder occurring of wind field in a device and using
a power or exponential functions describing the wind strength and its direction. Two calculation methods, two steps
calculation and relative moving method were used to edit calculation program by Fortran language. The calculation
aults
e powders
Id b
id field
rer. But it will concentrat
central area of the tank when the wind field is more faintness or retained in limited areas
Key word
tomlzatl
of flying powder
在文献[1]中讨论了粉末颗粒在静止气体场中
在制粉时,容器内的保护气体必有运动,流动的
的运动。然而,在实际生产中特别是在用雾化法制气体形成风,风的强弱与方向随其几何位置而异,也
备粉末时,容器内的气体本身往往是在运动的,即存即产生了风场。具体有如下三种原因:1)采用气雾
在着风场,它们对粉末颗粒的飞行必然会发生影响。化或水雾化时,气流或水流必然造成容器内气体运
在制粉过程中发现,有时细颗粒粉末飞到很远的地动;2)采用离心雾化时,转动的雾化器带动气体作
方,而按静止气体计算,它们只能在近处成烟。因旋转运动;3)群体效应,粉末成群飞行,其中大颗粒
此,本文要研究在雾化制粉,特别是离心雾化制粉时飞行速度较快,帯来了气体流动和附加的风场。
风场的产生和描述方法,并研究风场对粉末颗粒飞
根据流体力学,在管内或明渠内流动的流体内
行的影响。
有一速度分布,图1为层流和紊流时的速度分布曲
线,一般认为当雷诺数Re<1400时,两平板间为层
1风场的产生
流。若大于此值,逐渐转变为紊流。在离心制粉场
合,分布图象恰好相反,即因旋转器的转动而带动了
*王崇琳(1939-),男,研究员。E-mail:clang(@imr.ac.cn
收稿日期:2009-10-22
学免兔ww.ututu.com
第28卷第6期
王崇琳:粉末飞行之研究一一Ⅱ粉末在离心雾化风场中的飞行轨迹
421
附近的气体运动,如图2。它们沿容器径向也应有
一分布,紧贴旋转器应有一个附面层,其速度近于旋
Oum
转器的切向线速度,距旋转器愈远,速度应愈小。
10
a)层流
.5
(b)家流
X向距离m
图1流体内的速度分布
图470~100m颗粒粉末X向飞行速度
I Distribution of velocity in a fluid
Fig 4 Flying velocity in X-axis for 70 -100um particles
起来较复杂,在离心制粉过程中,粉末是沿旋转器的
切向在外运动。因此,为简单计,这里只考虑沿容器
径向分布的风场,如图5,假设它在垂直方向无变
化。此风场包含两个因数,即风之强度和它与X
轴的夹角w,此角可为正,表示向上的风,也可能
为负,表示向下之风。此两参数均为径向距离X的
图2旋转器带动的风场
函数,Vw=/1(X),aw=2(X),若得到两函数的确
Fig 2 Wind field occurred out of a rotator
切表达式,则此一维风场郎可用一维数组描述。
在雾化粉末时,大量颗粒成群体飞行,如图3
所示。其中,大颗粒以较快速度V1飞行,它的速度
衰减较慢,其附近气体也随之运动,稍大颗粒以速度
V2飞行,这部分区域的气体就产生了向前运动的
风,如图3所示,它会对后面较小颗粒的飞行产生影
响。计算了70~100pm颗粒的水平飞行速度与X
轴位置的关系,如图4。在0.1~0.5m处速度达20
图5一维风场的描述
0m/s,这可表征由于大颗粒粉末飞行而产生的
Fig 5 Description of an 1- dimension wind field
风场。大颗粒的这一行为,正像径赛或滑冰中领跑
首先讨论风场速度的描述,图6为三种强度分布
运动员的作用。由此可见,颗粒愈大,产生的风场愈的风场,其纵坐标为相对于旋转器切向速度V的风
强。因此,制粉过程的粒度均匀性愈差,大颗粒数量强。图6(a)和(b)为一种较强而且影响区域较远,在
愈多,则它对小颗粒飞行的影响愈强烈。
近处几乎与V相同,在远处如0.9~1.0m仍有约5%
v的风强;图6(c)和(d)为一种中等强度的风场,在
%M
近处与上述风场相似,在远处已无风;图6(e)和(f)
为一种较弱的风场,在近处速度下降较快,远处无风。
先采用自然数幂函数描述这种风场(表达式如
公式(1)),如图6(a)、(c)和(e)。从图6(a)可见,
采用六次幂拟合,置信度R- Square达到0.99572,
图3雾化时颗粒的群体飞行
拟合效果尚好,其六次幂函数的7个系数分别为
Fig 3 A crowd of flying particles in atomizing process
1.05666,-11.11293,48.98294,-109.65543,
131.64659,-80.68167,19.81133;但对于图6