金文強(qiáng) 陳 松 謝中元 魏宗亮 秦 能

(西安近代化學(xué)研究所, 西安 710065)

引 言

多室連續(xù)混合設(shè)備是一種由多個(gè)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)而又相互連通的臥式混合單元組合而成的連續(xù)化混合設(shè)備,與傳統(tǒng)的立式、臥式混合設(shè)備相比,這種設(shè)備最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)物料的連續(xù)化混合,即通過多對槳葉的異向轉(zhuǎn)動(dòng)將物料逐漸混合均勻的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對物料的橫向輸送。目前,國內(nèi)對多室連續(xù)混合設(shè)備的相關(guān)研究極少,相關(guān)成果鮮有公開。朱宏亮等[1]設(shè)計(jì)了一種臥式連續(xù)捏合機(jī),能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)混合作業(yè),但該連續(xù)捏合機(jī)并未應(yīng)用于含能材料領(lǐng)域。楊治林等[2]采用ProCAST軟件模擬了一種多腔連續(xù)捏合機(jī)水浴溫控系統(tǒng)的傳熱過程,并優(yōu)化了其結(jié)構(gòu)。劉晶等[3]針對火炸藥連續(xù)高效制造過程中存在的問題,對多室連續(xù)混合工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的論證和研究,建立了多室連續(xù)混合工藝模型,揭示了多室連續(xù)混合設(shè)備在混合過程中流場特性參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。然而,目前多室連續(xù)混合設(shè)備尚未形成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,并且在設(shè)計(jì)上較為依賴經(jīng)驗(yàn),難以將設(shè)備的性能提升至最佳。

建立系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法需要研究多室連續(xù)混合設(shè)備的輸入量與混合能力之間的對應(yīng)關(guān)系。影響多室連續(xù)混合設(shè)備性能的參數(shù)主要包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù),對于槳葉這類復(fù)雜型面而言,改變其結(jié)構(gòu)參數(shù)會(huì)對設(shè)備整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,從而產(chǎn)生較高的研究成本。因此,可以考慮先從工藝參數(shù)入手,通過改變工藝參數(shù)獲得不同工況下的設(shè)備參數(shù),初步建立起輸入量與混合能力之間的定量關(guān)系?；旌显O(shè)備工藝參數(shù)的研究手段包括數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)研究,數(shù)值仿真可以減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)和成本,實(shí)驗(yàn)研究可以對仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證[4-6]。

在攪拌與混合設(shè)備領(lǐng)域,常用單位體積混合能作為設(shè)備混合能力的評(píng)價(jià)指標(biāo),即在混合物料相同的前提下,設(shè)備對單位容積的物料所提供的能量越多,其混合能力越強(qiáng),終產(chǎn)物的混合質(zhì)量越好。這一指標(biāo)也常常作為混合設(shè)備放大設(shè)計(jì)中的參考量,用于指導(dǎo)大型混合設(shè)備的設(shè)計(jì)[7]。單位體積混合能可通過混合功率進(jìn)行計(jì)算,混合功率又與槳葉所受的扭矩直接相關(guān),因此研究單位體積混合能首先應(yīng)對設(shè)備的混合功率和扭矩進(jìn)行分析[8]。

為了建立適用于多室連續(xù)混合設(shè)備的設(shè)計(jì)方法,本文采用數(shù)值計(jì)算與高聚物黏結(jié)炸藥(PBX)模擬料實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,對單室容積為2.5 L的多室連續(xù)混合設(shè)備的混合加強(qiáng)室進(jìn)行了工藝參數(shù)(投料速度、槳葉轉(zhuǎn)速)響應(yīng)分析,得到單位體積混合能與各輸入?yún)?shù)之間的關(guān)系,并驗(yàn)證了以單位體積混合能作為混合能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的多室連續(xù)混合設(shè)備的設(shè)計(jì)方法。研究結(jié)果可以指導(dǎo)多室連續(xù)混合設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝參數(shù)選擇,為后續(xù)多型號(hào)設(shè)備的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 混合加強(qiáng)室的流場數(shù)值計(jì)算

1.1 幾何模型

多室連續(xù)混合設(shè)備的各混合室按照功能不同可分為預(yù)混室、混合加強(qiáng)室和泵壓室,其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。其中,混合加強(qiáng)室是承擔(dān)混合工作的核心混合室,一臺(tái)多室連續(xù)混合設(shè)備中往往設(shè)置多個(gè)混合加強(qiáng)室,以保證將物料中的各種組分充分混合至分布均勻?；旌霞訌?qiáng)室的幾何模型如圖2 所示,包括混合室腔體以及一上一下兩個(gè)捏合槳葉,其中上下槳葉皆為二翼槳葉(反向)結(jié)構(gòu),即迎料面為槳葉的非捏合面,其捏合轉(zhuǎn)速比為1 ∶2,混合室總?cè)莘e為2.5 L,有效混合容積約為2.2 L。在混合過程中,物料從混合室左側(cè)入口進(jìn)入,經(jīng)過上下槳葉的反復(fù)捏合后從右側(cè)出口擠出,流入下一個(gè)混合室,形成動(dòng)態(tài)的連續(xù)混合與輸送。

圖1 多室連續(xù)混合設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the structure of a multichamber continuous mixing equipment

圖2 混合加強(qiáng)室的幾何模型Fig.2 Geometric model of the reinforced mixing chamber

1.2 有限元模型

由于上下槳葉間的間隙很小,其捏合運(yùn)動(dòng)對流場的影響很大,網(wǎng)格會(huì)隨槳葉的運(yùn)動(dòng)發(fā)生扭曲,因此只能選用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格。數(shù)值仿真過程中多室連續(xù)混合設(shè)備上下槳葉的捏合運(yùn)動(dòng)借助ANSYSFLUENT 仿真軟件中的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)加以實(shí)現(xiàn),動(dòng)網(wǎng)格通過加載profile 文件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

網(wǎng)格重構(gòu)過程的數(shù)量無法控制,為確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,采用3 種網(wǎng)格(最小網(wǎng)格尺度分別為1.6、1.8、2.0 mm) 對同一工況(投料速度20 kg/h,槳葉轉(zhuǎn)速60 r/min)進(jìn)行計(jì)算,繪制上槳葉的扭矩Tup隨時(shí)間t的變化曲線,結(jié)果如圖3 所示。對上槳葉的平均扭矩值進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證,結(jié)果如表1 所示?？梢钥闯霾煌木W(wǎng)格尺寸對計(jì)算結(jié)果的影響很小,為節(jié)省計(jì)算時(shí)間,選擇最小網(wǎng)格尺度為2 mm。為保證網(wǎng)格質(zhì)量良好,設(shè)置網(wǎng)格大小2 ～4 mm,每兩個(gè)時(shí)間步長重構(gòu)一次,有限元網(wǎng)格模型如圖4 所示。

表1 網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證結(jié)果Table 1 Verification results for mesh independence

圖3 不同網(wǎng)格尺度下上槳葉的扭矩隨時(shí)間的變化Fig.3 Variation of the torque of the upper blade with time for different mesh sizes

圖4 混合加強(qiáng)室的網(wǎng)格模型Fig.4 Mesh model of the reinforced mixing chamber

1.3 物性參數(shù)

多室連續(xù)混合設(shè)備中,物料經(jīng)過預(yù)混室預(yù)混后成為具有一定流變特性的漿狀物料,在混合加強(qiáng)室中藥漿呈現(xiàn)非牛頓流體特性。物料參數(shù)按照PBX配方體系混合終產(chǎn)物的物性給出,采用模擬料進(jìn)行混合實(shí)驗(yàn),其具體配方見表2。模擬料的密度為1 800 kg/m3,黏度采用DV-ⅢUltra 型旋轉(zhuǎn)流變儀(BROOKFIELD 公司)進(jìn)行測定。

表2 實(shí)驗(yàn)配方Table 2 Experimental formulation

圖5 為漿狀PBX 模擬料在混合溫度為80℃時(shí)的黏度測試結(jié)果,可以看出在該條件下藥漿是剪切稀化的假塑性流體,其黏度變化符合冪律模型[9]。

圖5 漿狀PBX 模擬料的黏度測試結(jié)果Fig.5 Viscosity test results of the simulated PBX slurry

式中:η為表觀黏度,Pa·s;K為稠度系數(shù),Pa·sn;為剪切速率,s-1;n為流動(dòng)行為指數(shù),n＜1 時(shí)流體為假塑性流體,n=1 時(shí)流體為牛頓流體,n＞1 時(shí)流體為脹塑性流體。在ANSYS-FLUENT 流體屬性設(shè)置中提供非牛頓冪律流體黏度模型,需用戶給定非牛頓指數(shù)n及稠度系數(shù)K,對黏度測試結(jié)果進(jìn)行擬合,可得:n=0.24,K=202.47 Pa·sn。

1.4 初始和邊界條件

為了研究工藝參數(shù)(投料速度、槳葉轉(zhuǎn)速)對多室連續(xù)混合設(shè)備混合能力的影響規(guī)律,分別對不同投料速度(20、30、40 kg/h)及槳葉轉(zhuǎn)速(15、30、45、60、75 r/min)的工況進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。

計(jì)算前對仿真模型做出以下假設(shè):(1)混合室壁面為無滑移剛性壁面,與壁面接壤處的藥漿速度與壁面相同;(2)混合流場為等溫層流流場;(3)混合過程中藥漿充滿整個(gè)混合室,忽略槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)過程中物料內(nèi)產(chǎn)生的氣體空穴;(4)考慮重力因素影響。

混合過程為瞬態(tài)流動(dòng),瞬態(tài)時(shí)間步長為10-3s,每個(gè)時(shí)間步長迭代20 次,總計(jì)算時(shí)間大于下槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需時(shí)間,從而保證對上下槳葉在所有相對位置的情況進(jìn)行計(jì)算。壓力-速度耦合選取Phase Couple SIMPLE 算法,連續(xù)方程及對流項(xiàng)的離散選用一階迎風(fēng)差分格式,動(dòng)量方程離散選用二階迎風(fēng)差分格式,壓力方程離散相選取PRESTO!格式。

2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果

2.1 平均扭矩

扭矩是混合設(shè)備最重要的特性參數(shù),與混合過程的功耗直接相關(guān),因此是攪拌與混合設(shè)備領(lǐng)域研究的重點(diǎn)[10-12]。為量化槳葉在混合過程中的扭矩水平,分別計(jì)算不同投料速度下上槳葉和下槳葉在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)扭矩的平均值,結(jié)果如圖6 所示?？梢钥吹?在20、30、40 kg/h 的投料速度下,上、下槳葉的平均扭矩曲線基本重合,說明投料速度對槳葉的平均扭矩?zé)o顯著影響。原因在于投料行為對流場速度產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)對流場的影響,因此兩種擾動(dòng)對流場的耦合作用以槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)為主導(dǎo)。由圖6 還可以看出,平均扭矩隨槳葉轉(zhuǎn)速的增加而顯著增加,其中上槳葉的平均扭矩隨轉(zhuǎn)速增加呈現(xiàn)斜率逐漸減小的趨勢,下槳葉的平均扭矩隨轉(zhuǎn)速增加近似呈線性增長。這是由于上、下槳葉的轉(zhuǎn)速差異所致,上槳葉的轉(zhuǎn)速僅為下槳葉的一半,導(dǎo)致上槳葉對物料的剪切速率偏低,受物料非牛頓屬性的影響較大,而下槳葉的轉(zhuǎn)速始終處于較高水平,受物料黏度的影響較小,因此扭矩近似呈線性增長。

圖6 不同投料速度下上槳葉和下槳葉的平均扭矩隨轉(zhuǎn)速的變化Fig.6 Variation of the average torque of the upper and lower blades with the rotational speed at different feeding speeds

為了獲得混合過程中總扭矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系,計(jì)算上、下槳葉在一個(gè)捏合周期內(nèi)的總扭矩平均值,結(jié)果如圖7 所示?？梢钥闯錾?、下槳葉的總扭矩平均值隨槳葉轉(zhuǎn)速的增加近似呈線性增長,采用線性擬合得到該型設(shè)備的總扭矩平均值Tavg與槳葉轉(zhuǎn)速n之間的近似關(guān)系為

圖7 不同投料速度下總扭矩的平均值隨轉(zhuǎn)速的變化Fig.7 Variation of the average total torque with rotational speed at different feeding speeds

2.2 單位體積混合能

單位體積混合能WV可通過攪拌設(shè)備內(nèi)單位體積物料的攪拌功率PV和混合時(shí)間θM的乘積(式(3))來計(jì)算。

攪拌功率P通過扭矩T與槳葉轉(zhuǎn)速n進(jìn)行計(jì)算(式(4)),進(jìn)而可推導(dǎo)出單位體積攪拌功率PV的表達(dá)式(式(5))。

扭矩T通過槳葉在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的平均扭矩即Tavg來代替,混合時(shí)間θM由混合室的容積V與體積投料速度v計(jì)算得到(式6)。

由式(2) ～(6)可以推導(dǎo)出該型多室連續(xù)混合設(shè)備全部混合加強(qiáng)室的單位體積混合能總量W與各輸入?yún)?shù)之間的關(guān)系式(式7)。

式中:d為藥漿的相對密度;vm為質(zhì)量投料速度,kg/h;N為混合加強(qiáng)室的數(shù)量。

根據(jù)式(7)可知,設(shè)備所提供的單位體積混合能總量隨槳葉轉(zhuǎn)速的增加而增大,隨投料速度的增加而減小,隨混合室數(shù)量的增加而增大,隨藥漿密度的增大而增大。式(7)揭示了多室連續(xù)混合設(shè)備的單位體積混合能總量和槳葉轉(zhuǎn)速、投料速度、混合室數(shù)量以及藥漿密度之間的關(guān)系,既能夠指導(dǎo)工藝參數(shù)的選擇,也能為設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考,為后續(xù)多型號(hào)設(shè)備的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)條件

為了驗(yàn)證以單位體積混合能作為混合能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)計(jì)方法的正確性,采用西安近代化學(xué)研究所研制的多室連續(xù)混合原理樣機(jī)進(jìn)行工藝實(shí)驗(yàn),原理樣機(jī)為6 室結(jié)構(gòu),單室容積2.5 L,有效容積2.2 L。在30 r/min 和45 r/min 的轉(zhuǎn)速下對不同投料速度(20、30、40 kg/h)的工況進(jìn)行PBX 模擬料混合工藝實(shí)驗(yàn),各工況對應(yīng)的工藝參數(shù)如表3 所示。

表3 各工況的工藝參數(shù)Table 3 Process parameters of each working condition

3.2 仿真模型驗(yàn)證

為了確?；旌线^程中上、下槳葉之間捏合的相對位置可靠,上槳葉傳動(dòng)軸與下槳葉傳動(dòng)軸之間采用齒輪傳動(dòng)方式。其中下槳葉傳動(dòng)軸為主動(dòng)軸,上槳葉傳動(dòng)軸為從動(dòng)軸,混合過程的總扭矩通過下槳葉傳動(dòng)軸輸入,因此可以將實(shí)驗(yàn)過程中上、下槳葉的總扭矩值與仿真值進(jìn)行對比驗(yàn)證。槳葉傳動(dòng)軸通過減速機(jī)和伺服電機(jī)相連,電機(jī)扭矩可以在原理樣機(jī)的控制面板中自動(dòng)反饋。首先記錄不同工況下的電機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)的平均負(fù)載扭矩,然后減去空載狀態(tài)下的電機(jī)扭矩,再與減速機(jī)的減速比相乘,即為槳葉的平均扭矩。

將實(shí)驗(yàn)測得的平均扭矩與數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行比較,以驗(yàn)證仿真模型的正確性,結(jié)果如圖8 所示?？梢钥闯?實(shí)驗(yàn)測得的槳葉平均扭矩與仿真結(jié)果存在一定差異,整體上實(shí)驗(yàn)值略小于仿真值,二者的最大偏差在15%以內(nèi)。原因在于數(shù)值計(jì)算對模型做了假設(shè),即混合過程中藥漿充滿整個(gè)流道,而在實(shí)際混合過程中混合室內(nèi)可能存在一定的中空區(qū)域,導(dǎo)致扭矩值降低。

圖8 平均扭矩的仿真值與實(shí)驗(yàn)值比較Fig.8 Comparison of the average torque between the simulated and experimental values

物料在混合室中的充滿度不僅會(huì)影響實(shí)際扭矩值,還會(huì)影響物料在混合室中的停留時(shí)間。為驗(yàn)證假設(shè)的合理性,通過透明板觀察實(shí)際混合過程中混合室內(nèi)的物料狀態(tài),發(fā)現(xiàn)物料在混合室間的流動(dòng)規(guī)律與預(yù)期相符:當(dāng)物料進(jìn)入第一個(gè)混合室時(shí)會(huì)在該混合室中持續(xù)混合,混合過程中物料不會(huì)直接進(jìn)入第二個(gè)混合室;當(dāng)?shù)谝粋€(gè)混合室中的物料加滿時(shí)物料才會(huì)逐漸進(jìn)入第二個(gè)混合室混合,直至第二個(gè)混合室料滿后,物料才會(huì)進(jìn)入第三個(gè)混合室,依此類推直至出料。圖9 為物料在混合室間的流動(dòng)過程,可以看出,當(dāng)?shù)谌齻€(gè)混合室尚未充滿物料時(shí),后續(xù)混合室中未見物料,而前兩個(gè)混合室雖然存在少量中空區(qū)域,但整體上物料的充滿率保持在較高水平,因此混合過程中藥漿充滿整個(gè)流道的假設(shè)是合理的,實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠證明仿真模型的正確性。

圖9 物料在混合室間的流動(dòng)過程Fig.9 Flow process of materials between the mixing chambers

3.3 不同工況下多室連續(xù)混合設(shè)備的混合能力對比

根據(jù)式(7)計(jì)算出各工況下多室連續(xù)混合設(shè)備的單位體積混合能,結(jié)果如圖10 所示?？梢钥闯?6種工況下混合加強(qiáng)室的混合能力大小關(guān)系為:工況4 ＞工況5 ＞工況1 ＞工況6 ＞工況2 ＞工況3。

圖10 不同工況下多室連續(xù)混合設(shè)備的單位體積混合能Fig.10 Mixing energy per unit volume of the multi-chamber continuous mixing equipment under different working conditions

為了對比不同工況下混合加強(qiáng)室的實(shí)際混合能力,對混合終產(chǎn)物中鋁粉組分的均勻性進(jìn)行表征,組分均勻性越好,物料的混合質(zhì)量越高,設(shè)備的混合能力越強(qiáng)。通過掃描電子顯微鏡-能譜分析法(SEM-EDS)對混合終產(chǎn)物進(jìn)行組分分析。首先采用S-3400-N 型掃描電子顯微鏡(日本Hitachi公司)對樣品進(jìn)行成像,結(jié)果如圖11 所示。可以看到,工況4 的混合終產(chǎn)物的樣品顆粒較小,分散程度較均勻,而其他樣品的顆粒大小不一,存在一些較大顆粒,由此可初步判斷工況4 的混合質(zhì)量最佳。

圖11 不同工況下混合終產(chǎn)物的SEM 圖像Fig.11 SEM images of the mixed final products under different working conditions

為了進(jìn)一步對比不同工況下的混合質(zhì)量及其與單位體積混合能的對應(yīng)關(guān)系,將各工況的SEM 圖像劃分為5 個(gè)區(qū)域,采用INCA 能譜儀(英國牛津公司)對每個(gè)區(qū)域進(jìn)行鋁粉含量分析,每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)EDS 譜圖,最后通過計(jì)算各工況中5 個(gè)譜圖的鋁粉含量的標(biāo)準(zhǔn)差及最大偏差來表征混合質(zhì)量的好壞。各工況下的鋁粉含量、標(biāo)準(zhǔn)差、最大偏差及單位體積混合能計(jì)算結(jié)果如表4 所示?？梢钥闯?以混合終產(chǎn)物中鋁粉含量的標(biāo)準(zhǔn)差為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí),各工況下混合質(zhì)量好壞的關(guān)系為:工況4 ＞工況5 ＞工況1 ＞工況6 ＞工況2 ＞工況3;以鋁粉含量的最大偏差為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí),各工況下混合質(zhì)量好壞的關(guān)系為:工況4 ＞工況5 ＞工況6 ＞工況1 ＞工況2 ＞工況3;以單位體積混合能為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí),各工況下混合質(zhì)量好壞的關(guān)系為:工況4 ＞工況5 ＞工況1 ＞工況6 ＞工況2 ＞工況3。結(jié)果表明,以鋁粉含量的標(biāo)準(zhǔn)差和最大偏差為評(píng)價(jià)指標(biāo)與以單位體積混合能為評(píng)價(jià)指標(biāo)所得到的混合能力大小關(guān)系基本吻合,因此單位體積混合能可作為多室連續(xù)混合設(shè)備的混合能力評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表4 不同工況下鋁粉含量及單位體積混合能的計(jì)算結(jié)果Table 4 Calculated results of aluminum powder content and mixing energy per unit volume under different working conditions

3.4 組分一致性檢驗(yàn)

根據(jù)PBX 的工業(yè)使用要求,混合終產(chǎn)物中主要組分的偏差波動(dòng)應(yīng)在1%以內(nèi)。前文通過SEMEDS 分析了不同工況下混合終產(chǎn)物中鋁粉含量的偏差,僅工況4 滿足混合要求。為了進(jìn)一步檢測設(shè)備的混合穩(wěn)定性,對工況4 在不同時(shí)間的出料情況進(jìn)行采樣,用于考察多室連續(xù)混合設(shè)備的混合產(chǎn)物在時(shí)間維度上的組分一致性。在設(shè)備穩(wěn)定出料后每隔3 min 對泵壓室出口的物料進(jìn)行取樣,不同時(shí)間的采樣情況如圖12 所示。采用滴定法[13]測量不同出料時(shí)間的樣品中鋁粉的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),結(jié)果如表5 所示?？梢钥闯?各樣品中鋁粉含量比較穩(wěn)定,波動(dòng)范圍為32.73% ～33.31%,與鋁粉投料量(33%)之間的最大差值為0.31%,占鋁粉投料量的0.939 4%,滿足工業(yè)使用要求。

表5 不同出料時(shí)間的樣品中鋁粉的含量Table 5 Aluminum powder content in samples at different discharge times

圖12 工況4 在不同時(shí)間的出料情況Fig.12 Discharge conditions of working condition 4 at different times

4 結(jié)論

為了建立適用于多室連續(xù)混合設(shè)備的設(shè)計(jì)方法,采用數(shù)值計(jì)算與PBX 模擬料實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對單室容積為2.5 L 的多室連續(xù)混合設(shè)備的混合加強(qiáng)室進(jìn)行工藝參數(shù)(投料速度、槳葉轉(zhuǎn)速)響應(yīng)分析,得到以下結(jié)論:

(1) 仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性良好,平均扭矩的仿真值與實(shí)驗(yàn)值的最大偏差不超過15%,所建立的模型能夠較好地反映平均扭矩隨工藝參數(shù)的實(shí)際變化規(guī)律。

(2) 推導(dǎo)出單位體積混合能與各輸入?yún)?shù)之間的定量關(guān)系,單位體積混合能總量隨槳葉轉(zhuǎn)速的增加而增大,隨投料速度的增加而減小,隨混合室數(shù)量的增加而增大,隨藥漿密度的增加而增大。

(3) 實(shí)驗(yàn)中各工況的混合質(zhì)量排序與單位體積混合能排序吻合較好,單位體積混合能越大,混合終產(chǎn)物的混合質(zhì)量越好;當(dāng)投料速度為20 kg/h,槳葉轉(zhuǎn)速為45 r/min 時(shí),單位體積混合能為32 562 J/L,混合終產(chǎn)物中鋁粉含量的偏差在1% 以內(nèi),滿足PBX 的工業(yè)要求。