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陶瓷干法造粒机的数值模拟及其优化设计
摘要：陶瓷干法造粒机在粉体工程领域有着广泛的应用，本文主要通过数值模拟的方法，探究该设备的运行过程，在此基础上进行优化设计。首先，介绍了干法造粒机的基本原理和结构特点。然后，通过数值模拟对造粒机的流场、颗粒轨迹、静电场等进行了分析和研究，得出了优化设计的方法。最后，通过实验验证，优化后的干法造粒机制备的陶瓷微球颗粒的物理性质得到了明显提高。
关键词：陶瓷；干法造粒机；数值模拟；优化设计
Abstract:Theceramicdrygranulationmachinehasbeenwidelyusedinthefieldofpowderengineering.Thispapermainlyexplorestheoperatingprocessofthisequipmentandconductsoptimizationdesignbasedonnumericalsimulation.Firstly,thebasicprincipleandstructuralcharacteristicsofthedrygranulatorareintroduced.Then,numericalsimulationisusedtoanalyzeandstudytheflowfield,particletrajectory,andelectrostaticfieldofthegranulator,andtheoptimizationdesignmethodisderived.Finally,throughexperimentalverification,itisfoundthatthephysicalpropertiesofceramicmicrospherespreparedbytheoptimizeddrygranulationmachinehavebeensignificantlyimproved.
Keywords:Ceramic;DryGranulationMachine;NumericalSimulation;OptimizationDesign
一、引言
陶瓷微球颗粒是一种具有广泛应用前景的特种功能材料，其制备方法众多，而干法造粒法作为其中的一种重要的制备方法，因其可大规模生产、成本较低、操作简单等特点，得到了广泛应用。干法造粒机是干式制备微球颗粒的一种重要设备，其性能的好坏直接影响陶瓷微球颗粒的物理性质和生产效率。
为了提高干法造粒机的工作性能和制备的陶瓷微球颗粒的质量和效率，本文主要通过数值模拟的方法，探讨该设备的运行过程，在此基础上进行优化设计。首先，介绍了干法造粒机的基本原理和结构特点。然后，通过数值模拟对造粒机的流场、颗粒轨迹、静电场等进行了分析和研究，得出了优化设计的方法。最后，通过实验验证，优化后的干法造粒机制备的陶瓷微球颗粒的物理性质得到了明显提高。
二、干法造粒机的基本原理和结构特点
干法造粒机是通过高速旋转的离心力将陶瓷粉末和添加剂在气流作用下形成悬浮状态，并在离心力的作用下，将粉末飞散成液滴状，在空气中快速冷却凝固成小颗粒的过程。其主要特点为：1.粒径均匀，粉尘小，操作简便。2.制备成本低。3.可大规模生产。4.粒径范围大。
干法造粒机的主要结构包括转子、颗粒分离器、气流启/停口、储料罐、电子火花等离子静电除尘器等组成。
三、数值模拟分析与优化设计
（一）数值模拟分析
1.流场分析
为了研究干法造粒机内部的气体流动情况，使用计算流体力学（CFD）软件对传送带复合机进行了数值模拟。建立了干法造粒机的三维模型，将空气、粉尘、颗粒、液滴等多相流计算模型输入到CFD中进行模拟。通过模拟结果可以得到粉尘和颗粒在流动中的轨迹，可以直观地看到气体流动的状况。
2.颗粒轨迹分析
通过数值模拟可以得到颗粒在干法造粒机中的运动轨迹，从而可以优化设备结构，改变颗粒的运动轨迹，以实现粒径的均匀分布和提高生产效率。此外，在进行颗粒轨迹分析时，还需要考虑机械振动的影响，以便更加精确地计算颗粒的轨迹。
3.静电场分析
静电场是干法造粒机中一个很重要的因素，它对电荷粉尘的分离、颗粒的运动、气体的流动等都有很大的影响。数值模拟可以通过求解Maxwell方程组，得到静电场分布的情况。通过优化静电场的分布，可以更好地控制陶瓷微球颗粒的尺寸和粒径分布。
（二）优化设计
1.改变离心机的结构
通过数值模拟结果可以得出，在离心机的旋转过程中，机体内部的气体流动形成的涡流会影响粉尘、颗粒和液滴的对流和输运，对颗粒造成二次分散和团聚，降低粒径的均匀性和颗粒的分布。因此，为了改善造粒的效果，可以增加机体内的搅拌器，促进气体流动的扰动，从而提高颗粒的均匀性和分布的一致性。
2.优化颗粒轨迹
通过对颗粒轨迹的分析，可以发现颗粒在流