立式捏合机桨叶扭矩特性的CFD仿真研究

桨叶是立式捏合机的重要部件,其直接关系到立式捏合机混合效率及混合扭矩。采用CFD方法研究了立式捏合机工艺参数(转速、转动模式)及桨叶结构参数(桨桨间隙)变化对空心桨瞬时扭矩和平均扭矩的影响。研究结果表明,桨叶瞬时扭矩与空心桨和实心桨相对位置有关,桨叶转速只影响桨叶瞬时扭矩值,桨叶平均扭矩与桨叶转速呈线性关系;混合物料为牛顿体流体时,不同转动模式(正转、反转)对桨叶平均扭矩的影响较小。     

立式捏合机桨叶结构与桨叶变形量的CFD仿真

立式捏合机搅拌槽内桨叶与物料之间的相互作用会引起桨叶的变形量。为揭示桨叶结构参数与桨叶变形量之间的变化关系,选取1 L两桨立式捏合机为研究对象,基于ANSYS Workbench 14.5仿真分析软件采用流-固耦合方法,研究了桨叶结构参数(间隙、螺旋角)对桨叶变形量的影响。研究结果表明,增大桨桨间隙使空心桨最大变形量逐渐减小,使实心桨最大变形量先减小、后增大;增大桨叶螺旋角使空心桨最大变形量逐渐减小,使实心桨最大变形量逐渐增大。     

立式捏合机搅拌桨螺旋角影响数值分析

以计算流体力学方法为工具,研究了搅拌桨螺旋角对立式捏合机混合性能的影响.建立了立式捏合机混合过程的流体运动方程,完成了混合锅内流场的数值模拟,确定了立式捏合机混合性能评价指标,详细分析了搅拌桨螺旋角的变化对评价指标的影响.分析表明,当空心桨螺旋角取43°～48°范围内的值时,立式捏合机具有较好的扭矩特性,混合同样体积的物料时单位体积功耗小,同时具有较高的轴循环能力和稳定的剪切特性,混合效率也较好.     

立式捏合机桨叶结构参数对混合釜流场影响的仿真分析

为揭示立式捏合机桨叶几何结构参数与混合釜流场之间的关系,以1 L两桨立式捏合机为研究对象,采用计算流体力学ANSYS Fluent 14.5软件对立式捏合机进行了三维模型仿真研究,分析了桨叶结构参数(桨桨间隙、桨叶螺旋角)的改变对混合物料挤压应力和剪切应力的影响。结果表明,增大桨桨间隙可减小桨叶对混合物料的挤压应力和剪切应力,空心桨螺旋角分别为40°、45°、50°,桨桨间隙由1.0 mm增加到3.0 mm,挤压应力、剪切应力分别平均减小了82.4%、57.23%;增大桨叶螺旋角可增大桨叶对混合物料的挤压应力和剪切应力,空心桨间隙分别为1.0、2.0 mm,桨叶螺旋角由35°增加到55°,挤压应力、剪切应力分别平均增加了92.8%、55.7%。     

基于流场模拟的复杂形面搅拌桨叶三维设计与优化系统

为实现立式捏合机搅拌桨叶全三维设计与优化,集成搅拌桨叶几何造型、流场模拟与机械性能分析,开发了基于流场模拟的复杂形面搅拌桨叶三维设计与优化系统.分析搅拌桨叶运动特性,建立搅拌桨叶的三维参数化模型;综合搅拌桨叶的几何造型、运动方式、混合工艺条件,在虚拟环境中真实地模拟搅拌桨叶混合过程,快速分析与评价搅拌桨叶几何形状与流场特征的关系;在虚拟环境下,将流场模拟结果作为负载,添加在搅拌桨叶上,对其机械性能进行分析与优化.通过工程设计实例,对这套方法进行验证,设计结果成功地应用于生产实践.应用结果表明这套系统可以缩短设计时间20%,设计的设备能耗降低5%.     

立式捏合机搅拌桨的设计

介绍了立式捏合机搅拌桨的设计方法和几何参数的计算方法;推导了两搅拌桨螺旋升角的关系式,根据捏合原理,建立了搅拌桨水平截面曲线的数学模型。     

推进剂装药混合过程安全性研究

对推进剂混合过程安全性进行了研究。以立式捏合机混合为实例,分析了扭矩变化规律,得到了混合过程扭矩变化最大值峰出现在固体料加完的工步,也是危险性较大的工步;发现了混合机加料过程扭矩随固体含量增加为二次曲线函数,拐点为固体含量85%,超过此值扭矩值变化增长迅速,提出高固体含量配方加料模式;验证了抽真空工艺、固化剂加入前后粘合体系交联反应对扭矩的影响;采用经验公式拟合出扭矩与混合量呈三次曲线函数关系、与转速呈线性关系来预示需控制扭矩值;以求安全、保质量为最佳混合工艺指导推进剂生产。     

立式混合机桨叶运动轨迹分析

介绍利用坐标变换原理建立双桨行星立式混合机桨叶运动轨迹数学模型的方法及利用计算机绘制桨叶运动轨迹的技术，并以该数学模型分析了空心桨叶棱边与锅壁最小间隙的分布规律，同时分析了公转和自转变比不同时，桨叶和锅壁间死区对被混物料混合效果的影响     

立式捏合机搅拌桨尖混沌运动的可视化试验研究

建立了混合釜流场映射模型,分析了双轴行星运动搅拌桨桨尖运动方程,绘制了桨尖运动轨迹平面图,发现轨迹分布可以遍历混合釜流场径向截面,进而绘制了桨尖运动轨迹的Poincaré截面图,发现Poincaré截面图中的离散点在固定的区域内聚集,发生了混沌运动,并且离散点的密集程度与搅拌时间和搅拌转速相关。随后分析其与搅拌桨转速、旋转时间的对应关系,搅拌桨公转运动的长期行为对桨尖运动轨迹的影响被不断放大,最终产生混沌现象,揭示了混合釜流场混沌运动产生的原因。通过混合釜流场可视化示踪实验,观察示踪剂在混合釜内随搅拌桨转动的运动状态,证明了混合釜流场存在拉伸、剪切与折叠作用,具备Smale马蹄映射的特征,验证了混合釜模型的混沌理论,搅拌桨桨尖的行星运动将使混合釜流场最终引发混沌运动。     

固体推进剂混合装备研究现状与发展

固体推进剂由粘度很高的粘合剂与各种添加成分混合而成,混合过程中物料内部产生巨大的粘阻力,且物料主要组分都属于含能材料,混合装备在混合原理、混合过程安全性以及性价比等方面均有较高要求。根据固体推进剂混合装备的结构和功能的不同,介绍了以立式混合机为代表的有桨批产式设备,以双螺杆混合机、蠕动混合机和多腔混合机为代表的有桨连续混合装备,以可一体化原位混合装药的声共振混合机为代表的无桨式混合装备。并结合CFD在化工领域搅拌釜的仿真模拟技术和法国Herakles公司开展的大型立式混合机混合复合固体推进剂的仿真分析,指出仿真技术是推动混合工艺装备技术发展的动力。最后,指出自动化立式混合机、双螺杆混合机及声共振混合机等代表了固体推进剂制造业先进混合装备的发展方向,相关技术的快速发展是实现固体推进剂智能制造的基础。     

《固体火箭技术》1993～1994年度优秀论文评选结果1993年优秀论文：

《固体火箭技术》１９９３～１９９４年度优秀论文评选结果１９９３年优秀论文：一等奖珠承全轴摆动喷管的设计和分忻（杨思考第３期：２３～３０）二等奖立式捏合机搅拌桨的设计（王正芳翟瑞清第１期：６５～６９）高燃速了羟推进剂配方研究（谈景径杨可喜戴汕雅王法祥第...     

VKM—5型立式捏合机研制与应用

介绍自行研制的VKM—5型立式捏合机的构造及工作原理,详述了该机采用液压传动和气动元件进行位置检测以及气、电、液安全联锁的特点,并说明与卧式捏合机对比试验情况。     

连续揑合设备技术考察小结

(一)关于日本火炸药工业的捏合设备从日本旭化成公司、日本油脂公司和日本化药三家公司所属火药工厂来看,使用的捏合设备多数是沿用原来旧的立式捏合机。日本油脂公司的武丰工厂和日本化药公司的厚狭工厂都是采用立式捏合设备,为了使生产连续,以两台交替工作。捏合缸的加料、捏合、出料和移动能隔离操作,并有工业电视监视现场。旭化成公司胶质炸药连续生产线使用的捏合设备是蠕动捏合机。该设备是旭化成公     

衬层料浆无桨混合工艺

已定型LN106衬层手工混合工艺质量一致性差、料浆粘度高、使用量少,一般的机械搅拌设备难以满足要求。为提高产品质量可靠性,通过调研相关混合方法,结合产品特点,拟针对声共振工艺替代现用的手工混合工艺的可行性进行研究。通过对投料量、加料顺序、混合加速度、混合时间等工艺参数进行单因素实验,借助元素分析与胶片力学性能测试结果比对。实验结果表明,声共振混合工艺可有效地混匀衬层料浆,力学性能亦满足指标要求,混合工艺的边界条件为投料量100～1000 g,加速度为80g～90g,混合时间8～12 min。确定的工艺参数为:手工预混60～80 s(与原工艺相同),混合时间10 min,混合加速度80g。     

纤维增强复合材料研究

研究了树脂、纤维及其纤维增强复合材料的阻尼性质,利用体积混合率法则对混杂纤维增强复合材料的阻尼性质进行了分析。结果表明,混合率法则在复合材料的阻尼研究过程中是一个有效的方法,为相关领域的研究工作指明了方向。     

搅拌机有关搅拌技术的分析和探讨

本文对搅拌机的有关搅拌技术:搅拌混合特性、均一化问题、传热问题、节能问题、相似与放大问题等进行了分析,确定了评价搅拌的特性参数和影响搅拌的主要关系,提出了必须重视搅拌技术的研究,以便更好指导实际搅拌操作。     

固液混合发动机的研制及其应用

本文介绍了固液混合发动机的发展状况，对其关键技术及解决措施进行了论述与分析，对混合发动机的应用研究进行了全面介绍。     

镁铝富燃料推进剂燃烧性能研究

为了研究镁铝富燃料推进剂燃烧性能,采用捏合机混合物料、真空浇注、恒温固化的方法制备推进剂试样,用靶线法测试推进剂燃速(0.5~2.0 MPa),用Vieille经验公式r=apn计算压强指数。研究表明,细粒度AP含量增加,燃速逐渐增加,而压强指数先升高后降低。采用复合催化剂GFP/Fe2O3可同时提高燃速和压强指数。当催化剂质量含量为5%时,改变GFP/Fe2O3比对推进剂的燃速及压强指数的影响与氧化剂AP级配有关。对于细粒度AP含量高的配方,GFP/Fe2O3对燃速和压强指数影响较大。金属含量对燃速影响较大,对压强指数影响很小。而Mg/Al比对燃速和压强指数影响都很小。随着氧化剂中KP含量增大,燃速呈下降趋势,压强指数先升高后下降。     

复合推进剂装药混合中的扭矩安全值

对推进剂装药混合工艺中安全扭矩的预定值进行了研究。混合过程中扭矩主要影响因素是作用在桨叶上的摩擦动能矩。采用动能矩模型公式,建立了药浆敏感度、混合机大小、装药量、混合机扭矩与转速的因果关系,计算出某高燃速(34 mm/s) HTPB推进剂在某大型混合机混合爆炸扭矩曲线的动能矩值。模拟推进剂药浆状态,测试出药浆敏感度的最低概率爆炸动能矩,得到了模拟动能矩与混合机动能矩两者的校正倍差值4.38,经25 L、600 L混合装药的扭矩安全性验证。探索出测试推进剂药浆物态的感度,转换为混合机动能矩的方法;确定混合中药浆的安全"门槛值"、控制预(报)警值、爆炸危险点动能(或扭矩);获得预测装药混合工艺扭矩的安全值,为避免混合受力爆炸事件提出了一种理论指导依据。     

翼柱形模拟发动机点火燃气填充过程研究

含翼槽发动机点火燃气填充过程对固体火箭发动机整个点火升压过程有着潜在影响.通过试验,测定在不同点火药量、不同堵片打开方式下,点火燃气填充过程中头部和尾部翼槽内的压强变化情况以及两翼槽内的压强响应时间间隔,并建立了模拟发动机的点火燃气填充过程计算模型,计算结果与实测数据吻合较好.结果发现,堵片的状况影响两翼槽内的压强变化情况,同时两翼槽内的压强响应时间间隔与燃烧室内主流燃气速度有关.