擾流錐對立式渦流空氣分級機流場和顆粒分級性能的影響

王立剛 劉家祥 趙 凱 于 源*

(北京化工大學(xué) 1.機電工程學(xué)院；2.材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100029)

引 言

隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的快速發(fā)展，粉體原料和制品的需求逐年增加，如何制備并分級得到窄粒度分布的超細粉體受到廣泛關(guān)注。渦流空氣分級機由于具有操作簡單、粒徑可調(diào)、高效節(jié)能等優(yōu)點，被廣泛用于化工、制藥、建材加工、燃料電池等各個行業(yè)[1-2]。分級機結(jié)構(gòu)是影響分級性能的關(guān)鍵因素，目前國內(nèi)外學(xué)者主要從以下兩個方面開展對分級機結(jié)構(gòu)的研究：(1)對現(xiàn)有設(shè)備關(guān)鍵組件如轉(zhuǎn)籠、導(dǎo)風(fēng)葉片、喂料裝置等進行結(jié)構(gòu)改進和優(yōu)化[3-5]；(2)通過分級機淘洗區(qū)內(nèi)部的輔助組件改善分級機內(nèi)的流場分布。張勝林等[6]設(shè)計了一種新型下錐體結(jié)構(gòu)用于優(yōu)化分級機內(nèi)部的流場分布，該新型下錐體采用環(huán)狀全斷面進風(fēng)，可使氣流軸向速度分布均勻，避免了分選盲區(qū)的情況出現(xiàn)，提高了分級機的再次分選能力和分級效率。刁雄等[7]對比分析了分級機內(nèi)導(dǎo)流片的有無及葉片的數(shù)量和尺寸對流場的影響，研究發(fā)現(xiàn)安裝導(dǎo)流片可以優(yōu)化流場的分布，導(dǎo)流片的尺寸和數(shù)量對流場的壓力、速度和顆粒的質(zhì)量濃度分布均有較大影響。周巖等[8]對臥式分級機內(nèi)部進行改進，在分級機內(nèi)部增加三角形擾流組件，提高物料的二次分散效果。Sun等[9]對進風(fēng)口處的三角形擋板進行了研究，發(fā)現(xiàn)擋板將主進風(fēng)分為兩部分，且兩部分氣流速度逐漸增加有利于原料的分散；此外，由于擋板的阻礙，氣流進入分級室后形成無二次渦的偏心旋流，使得流場分布均勻。上述研究成果表明，空氣分級機淘洗區(qū)輔助組件對其內(nèi)部的流場分布及顆粒的分級效果具有顯著影響。因此，本文以立式渦流分級機為研究對象，通過數(shù)值模擬的方法探究位于淘洗區(qū)的擾流錐對分級機內(nèi)部的流場分布和顆粒分級的影響，并進行物料實驗驗證，為分級機內(nèi)部輔助組件的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。

1 立式渦流空氣分級機模型

1.1 工作原理及模型建立

渦流空氣分級機主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，其核心部件為轉(zhuǎn)籠，利用轉(zhuǎn)籠高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力和氣流曳力使粗細顆粒分離。分級機的主要工作原理如下：由于風(fēng)機的抽吸作用在裝置內(nèi)部形成負壓，空氣通過進風(fēng)口進入分級機，在進氣蝸殼作用下形成旋轉(zhuǎn)氣流，氣流在淘洗區(qū)筒體內(nèi)沿著擾流錐旋流向上，上升到轉(zhuǎn)籠和筒體內(nèi)壁之間的環(huán)形區(qū)后，經(jīng)過轉(zhuǎn)籠葉片間通道(轉(zhuǎn)籠由電機軸帶動繞Z軸順時針轉(zhuǎn)動)，再由細粉出口離開分級機。粉體通過喂料口由螺旋加料裝置進入淘洗區(qū)筒體進行預(yù)分散。預(yù)分散可以使粗大的顆粒由于重力作用落入粗粉收集漏斗收集為粗粉，較小的顆粒隨著旋流上升的氣流上升至環(huán)形區(qū)，粗細顆粒主要在環(huán)形區(qū)進行分級。細顆粒在環(huán)形區(qū)會因受到的空氣曳力大于慣性離心力而隨著氣流進入轉(zhuǎn)籠，再隨氣體從細粉出口流出；粗顆粒在環(huán)形區(qū)會因為受到的空氣曳力小于慣性離心力而向筒體的內(nèi)壁面運動，最后與壁面碰撞后失去動能，在重力作用下下落，經(jīng)過淘洗區(qū)筒體最后到達粗粉收集漏斗收集為粗粉。

1—粗粉收集漏斗；2—進氣蝸殼；3—淘洗區(qū)筒體；4—環(huán)形區(qū)；5—細粉出口；6—電機軸；7—轉(zhuǎn)籠；8—擾流錐；9—喂料口；10—進風(fēng)口。

利用三維建模軟件Solidworks對立式渦流空氣分級機的主體結(jié)構(gòu)進行建模，主要尺寸如下：進風(fēng)口截面寬50 mm，高34 mm；轉(zhuǎn)籠內(nèi)外緣直徑分別為126 mm和156 mm，高90 mm；在直徑為141 mm的圓周上均布36個轉(zhuǎn)籠葉片，葉片與所在位置圓切線呈120°傾角，轉(zhuǎn)籠葉片的長、寬、高分別為15、5、90 mm。

淘洗區(qū)筒體由上部的圓柱和下部的圓臺組成，圓柱部分的直徑為200 mm，高300 mm，圓臺上、下底面直徑分別為200 mm和158 mm，高90 mm。淘洗區(qū)筒體內(nèi)的擾流錐與筒體同軸，擾流錐底面圓心為模型原點，設(shè)其所在平面為Z=0。擾流錐由上、下兩部分組成，上部分是上、下底面直徑分別為30、140 mm，高105 mm的圓臺，下部分是直徑140 mm、高100 mm的圓柱。

1.2 網(wǎng)格劃分及模擬參數(shù)設(shè)置

利用前處理軟件ICEM-CFD對有/無擾流錐的分級機模型進行網(wǎng)格劃分，有、無擾流錐結(jié)構(gòu)分別用Type-A和Type-B表示，如圖2所示。因為分級機整體結(jié)構(gòu)為類圓柱形，所以采用“O”型網(wǎng)格劃分方法來產(chǎn)生規(guī)則的六面體網(wǎng)格。在數(shù)值模擬之前，分別以96萬、164萬、463萬和830萬的網(wǎng)格模型進行網(wǎng)格獨立性驗證。取不同Z平面上不同位置處的測線，比較其切向速度、徑向速度和軸向速度的大小，例如選取Z=300 mm平面上Y=0、X=-65～65 mm的一條測線，得到不同網(wǎng)格數(shù)量模型在該測線的切向速度分布，如圖3所示。可以看出當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量為463萬時切向速度值基本不再變化。為節(jié)省計算時間并保證計算準確性，最終確定Type-A網(wǎng)格數(shù)為463萬。Type-B模型網(wǎng)格獨立性驗證同上，最終確定網(wǎng)格數(shù)為444萬。采用ANSYS-Fluent軟件對流場進行模擬，由于分級機內(nèi)部是存在旋渦的湍流流場，因此選用重整化群(RNG)k-ε雙方程模型，該模型針對旋渦在湍流流場中的運動作了特定優(yōu)化，可提高模擬的準確性[10]。采用多重參考坐標(biāo)系模型(multiple reference frame，MRF)作為運動區(qū)域計算模型，其中轉(zhuǎn)籠為運動區(qū)域，其余部分為靜止區(qū)域。采用SIMPLEC算法，該算法通過壓力與速度的耦合來提高收斂性，設(shè)置殘差精度為10-4。邊界條件中設(shè)置進口風(fēng)類型為“velocity-inlet”，出口類型為“outflow”。為便于表述，采用進風(fēng)口風(fēng)速(單位m/s)-轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速(單位r/min)來表示操作參數(shù)的組合,如29-800工況即為進風(fēng)口風(fēng)速29 m/s，轉(zhuǎn)速800 r/min。本文選用的轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速分別為800 r/min和1 600 r/min，旨在反映不同工況下流場的分布規(guī)律。

圖3 網(wǎng)格獨立性驗證

1.3 氣相模擬驗證實驗

壓差是空氣分級機重要的測量指標(biāo)之一，常被用于驗證模擬結(jié)果的準確性[11-12]。本文通過對比29-800和29-1 600兩種不同工況下的單相氣流實驗壓差和模擬壓差數(shù)據(jù)，來驗證數(shù)值模型的可靠性。模擬壓差為進風(fēng)口的面積加權(quán)平均靜壓與細粉出口的面積加權(quán)平均靜壓之差，實驗壓差為U型壓差計(CJM-580型，衡水創(chuàng)紀儀器儀表有限公司)測量的進風(fēng)口和細粉出口的壓差，結(jié)果如表1所示，實驗測量壓差和模擬結(jié)果相差在4%以內(nèi)，說明模擬結(jié)果真實可靠。

表1 實驗壓差和模擬壓差的對比

2 擾流錐對淘洗區(qū)筒體內(nèi)流場的影響

2.1 淘洗區(qū)筒體內(nèi)流線圖分析

圖4為Type-A和Type-B兩種模型在29-800和29-1 600兩種工況下的流線分布圖?？梢钥闯鯰ype-A模型的擾流錐明顯阻礙了旋渦的形成。不過隨著旋轉(zhuǎn)氣流沿著軸向繼續(xù)上升至筒體中部，由于擾流錐直徑減小，氣流的過流面積增大，導(dǎo)致在淘洗區(qū)筒體頂部形成了新的偏心旋渦。Type-B模型由于沒有擾流錐的阻礙作用，在筒體內(nèi)部的旋渦從底部一直延伸到頂部。擾流錐的有無使得兩種模型中旋渦的形成產(chǎn)生差異，從而影響速度v的分布。Type-A模型淘洗區(qū)筒體內(nèi)氣流的絕對速度整體較小，而Type-B模型該區(qū)域的氣流絕對速度較大(圖中紅色區(qū)域)。氣流速度對顆粒的分散性能有著重要影響，較高的風(fēng)速可以提高細顆粒的分離效果[13]。淘洗區(qū)筒體內(nèi)氣流速度較小會導(dǎo)致顆粒不能充分預(yù)分散，使得細顆粒團聚為假大顆粒，“魚鉤效應(yīng)”明顯。

圖4 淘洗區(qū)筒體內(nèi)兩種模型的流線分布圖

2.2 淘洗區(qū)筒體內(nèi)湍流動能分析

湍流動能k可以體現(xiàn)高頻脈動的小尺寸湍渦數(shù)量，湍流動能越大，表明高頻脈動的小尺寸湍渦數(shù)量越多。圖5為29-800和29-1 600兩種工況下Type-A和Type-B模型在X=0截面的湍流動能分布云圖。可以看出湍流動能在筒體的中間位置較小，兩側(cè)位置較大，這是因為氣流在上升過程勢必會撞擊壁面導(dǎo)致氣流產(chǎn)生高頻脈動的小尺寸湍渦。其中在淘洗區(qū)筒體右下角位置出現(xiàn)極值情況，這是因為此位置正對進風(fēng)口，氣體經(jīng)過進氣蝸殼的加速作用沿軸向旋流上升，氣流紊亂且流速較大，因此該位置的湍流動能大。為了進一步說明淘洗區(qū)筒體位置的湍流動能分布情況，分析不同平面的不同測線上的湍流動能分布，發(fā)現(xiàn)其分布規(guī)律基本一致。以X=0截面上的4條測線(Z=-60、65、200、250 mm)為代表，對比不同測線上的湍流動能分布情況，如圖6所示。可以看出在兩種工況下，4條測線上Type-A模型中測點的湍流動能均小于Type-B模型中對應(yīng)測點的湍流動能，說明Type-A模型中高頻脈動的小尺寸湍渦數(shù)量較少。粉料團聚體的解吸和粉體的分散作用是高頻脈動的小尺寸湍渦與物料相互作用導(dǎo)致的結(jié)果[14]。較少的淘洗區(qū)筒體內(nèi)小尺寸湍渦數(shù)量盡管有利于氣流平穩(wěn)上升至環(huán)形區(qū)，但是會導(dǎo)致顆粒不能充分預(yù)分散，使得細顆粒團聚為假大顆粒，“魚鉤效應(yīng)”明顯。

圖5 湍流動能分布云圖(X=0)

圖6 淘洗區(qū)筒體測線湍流動能曲線(X=0，Z=-60、65、200、250 mm)

3 擾流錐對環(huán)形區(qū)和轉(zhuǎn)籠葉片間通道流場的影響

3.1 擾流錐對環(huán)形區(qū)徑向速度的影響

選取轉(zhuǎn)籠區(qū)域不同高度的Z平面，對模擬結(jié)果進行對比分析，發(fā)現(xiàn)Z平面高度對轉(zhuǎn)籠和環(huán)形區(qū)徑向速度分布的影響不大，因此以轉(zhuǎn)籠中間平面(Z=345 mm)為例進行對比分析。

圖7為Type-A和Type-B在環(huán)形區(qū)的徑向速度分布云圖，圖中徑向速度為負代表速度方向指向圓心?？梢钥闯鲈趦煞N工況下，兩種模型在環(huán)形區(qū)內(nèi)緣的徑向速度梯度變化較明顯，這是因為轉(zhuǎn)籠葉片的轉(zhuǎn)動對附近氣流產(chǎn)生擾動，使得氣流流動不平穩(wěn)，導(dǎo)致緊鄰葉片的環(huán)形區(qū)內(nèi)緣處徑向速度產(chǎn)生明顯的梯度變化。在29-800工況下，Type-A模型相對于Type-B模型徑向速度分布較為均勻。Type-A模型在環(huán)形區(qū)的大部分區(qū)域徑向速度在-0.87～-1.29 m/s范圍內(nèi)，但右下角位置處的徑向速度有突變，這是由單口進風(fēng)所致，該情況多發(fā)生于旋風(fēng)分離器中[15-17]。Type-B模型的徑向速度整體上呈現(xiàn)左側(cè)數(shù)值較小、右側(cè)數(shù)值較大的分布規(guī)律，在環(huán)形區(qū)的大部分區(qū)域徑向速度在-0.87～-2.11 m/s范圍內(nèi)，其梯度變化大于Type-A模型且數(shù)值較大。在29-1 600工況下，Type-A模型環(huán)形區(qū)的徑向速度分布均勻，大部分區(qū)域的徑向速度在-0.47～-1.39 m/s范圍內(nèi)；Type-B模型大部分區(qū)域的徑向速度在-0.93～-1.85 m/s范圍內(nèi)，梯度變化大于Type-A模型且數(shù)值較大。

圖7 環(huán)形區(qū)徑向速度云圖(Z=345 mm)

為了進一步驗證兩種模型在環(huán)形區(qū)徑向速度分布的均勻性，在Z=345 mm平面上分別取R=80、85、90、95 mm這4條環(huán)線，在環(huán)線上各取100個測點，獲得相對應(yīng)的徑向速度并計算標(biāo)準差σ，其計算公式為

(1)

式中，vi為測點的徑向速度數(shù)值；n為測點個數(shù)。

通過標(biāo)準差來定量分析環(huán)形區(qū)速度分布的均勻性。由于轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速對環(huán)形區(qū)徑向速度分布的影響較小，且29-1 600工況的速度分布曲線與29-800工況呈現(xiàn)的規(guī)律相似，故以29-800工況的速度分布曲線為例。

圖8為29-800工況下4條環(huán)線上的徑向速度分布曲線。圖8(a)為R=80 mm環(huán)線的徑向速度分布，可以看出相鄰的兩個測點之間速度波動較大，這是因為R=80 mm環(huán)線為環(huán)形區(qū)內(nèi)緣，此處受到葉片轉(zhuǎn)動的影響徑向速度變化較大，因此相鄰的測點間的差值較大，曲線呈鋸齒狀，計算得到該環(huán)線上Type-A和Type-B模型的徑向速度標(biāo)準差σ分別為0.575和0.756，表明后者的波動更劇烈。R=85 mm和90 mm為環(huán)形區(qū)中部的環(huán)線，此時轉(zhuǎn)籠葉片的轉(zhuǎn)動對徑向速度影響減小，相鄰測點間的徑向速度波動減小，從圖8(b)、(c)可以看出曲線的鋸齒狀程度減小，且趨于平緩。R=85 mm 時Type-A和Type-B模型的徑向速度標(biāo)準差分別為0.376、0.517，R=90 mm時分別為0.232、0.485，說明Type-B模型的徑向速度波動更劇烈。R=95 mm環(huán)線位置接近環(huán)形區(qū)壁面，葉片轉(zhuǎn)動對徑向速度的影響最小，相鄰測點間的徑向速度差值更小，曲線整體平緩過渡，且由于壁面的阻礙作用徑向速度數(shù)值減小。Type-A和Type-B模型的徑向速度標(biāo)準差分別為0.129和0.372，表明Type-B模型的徑向速度波動更劇烈。由此可以看出Type-A模型的標(biāo)準差均小于Type-B模型，即在環(huán)形區(qū)Type-A模型的徑向速度比Type-B的分布更均勻。此外，可以看到在Type-A模型的4條環(huán)線中，80號測點附近均出現(xiàn)徑向速度的突變，這是因為80號測點位于環(huán)形區(qū)的右下角范圍，該突變是由分級機單口進風(fēng)結(jié)構(gòu)所致，說明單口進風(fēng)結(jié)構(gòu)對Type-A模型的影響更為明顯，這與圖7中Type-A模型環(huán)形區(qū)的徑向速度云圖分布特點一致。

圖8 環(huán)形區(qū)環(huán)線徑向速度曲線(Z=345 mm)

由上述分析可得，Type-A模型在環(huán)形區(qū)中徑向速度分布均勻但數(shù)值較小，Type-B模型徑向速度分布不均但數(shù)值較大，說明擾流錐的存在可以使氣流平穩(wěn)地沿軸線方向旋轉(zhuǎn)上升，但也增加了能量的損耗，使得上升到環(huán)形區(qū)的氣流速度降低。

3.2 擾流錐對轉(zhuǎn)籠葉片間通道徑向速度的影響

圖9為29-800和29-1 600工況下，Type-A和Type-B模型在轉(zhuǎn)籠葉片間通道徑向速度分布云圖。為了方便描述葉片間通道位置，依次給各個葉片間通道做序號，標(biāo)記為1～36，如圖9(a)所示。兩種工況下，Type-A和Type-B模型徑向速度分布云圖均顯示出葉片進行面徑向速度為負值，葉片退行面徑向速度為正值的現(xiàn)象，說明葉片間通道產(chǎn)生了反旋渦，反旋渦的形成會使得進入轉(zhuǎn)籠葉片間通道的細粉顆粒在反旋渦的作用下返回到粗粉中，不利于顆粒分級[18]。從圖9(a)、(c)中可以看出Type-A模型各轉(zhuǎn)籠葉片間通道徑向速度分布基本相同；從圖9(b)、(d)中可以看出Type-B模型在9～16葉片間通道的徑向速度梯度變化較小，而31～36葉片間通道的徑向速度梯度變化較大，在各轉(zhuǎn)籠葉片間通道徑向速度分布不均勻。

圖9 轉(zhuǎn)籠葉片間通道徑向速度云圖(Z=345 mm)

為了進一步驗證兩種模型在轉(zhuǎn)籠葉片間通道徑向速度分布的均勻性，在每個葉片間通道處設(shè)置50個均勻分布的測點，根據(jù)測點徑向速度的標(biāo)量值計算每個葉片間通道測點的平均徑向速度，通過葉片間通道測點的平均徑向速度分布曲線來分析圓周上各個葉片間通道徑向速度分布情況，如圖10所示?？梢钥闯?，Type-A模型較Type-B模型速度曲線的波動幅度更小。計算曲線標(biāo)準差，在29-800工況下，Type-A和Type-B模型的曲線標(biāo)準差分別為0.615和1.117；在29-1 600工況下，Type-A和Type-B模型的曲線標(biāo)準差分別為0.993和1.261。不同工況下Type-A模型平均徑向速度的標(biāo)準差均比Type-B模型的小，說明Type-A模型在圓周上各個葉片間通道的徑向速度分布比Type-B模型的更均勻。葉片間通道速度場的均勻分布有利于細粉產(chǎn)品在不同位置進入時均能順利進入轉(zhuǎn)籠，同時減小了粗細顆粒相互混雜的概率，從而提高分級效果。

圖10 轉(zhuǎn)籠葉片間通道平均徑向速度分布曲線

3.3 離散相模擬

為了對比Type-A模型和Type-B模型中顆粒的運動情況，進一步揭示擾流錐對顆粒分級的作用，在連續(xù)相模擬的基礎(chǔ)上加入離散相，模擬顆粒分級的效果。

ANSYS-Fluent軟件為求解多相流問題提供了多種方法，其中在空氣分級機領(lǐng)域最常用的是離散相模型(discrete phase model，DPM)。許多研究人員將離散相模型與實驗結(jié)果進行比較，結(jié)果證明該模型能夠準確地預(yù)測空氣分級機內(nèi)顆粒的分級效率[19-20]。

多相流離散相模型的選擇主要取決于模型中的顆粒質(zhì)量加載率vp和體積加載率kp，vp和kp計算公式如下[21-22]。

(2)

(3)

式中，αp為單位時間內(nèi)通過有效截面的顆粒體積；αf為單位時間內(nèi)通過有效截面的氣體體積；ρp為顆粒密度；ρf為氣體密度。

立式渦流空氣分級機介質(zhì)為空氣，密度為1.293 kg/m3，物料為碳酸鈣，密度為2 700 kg/m3。本文采用進口風(fēng)速為29 m/s，當(dāng)喂料速度為12 kg/h時，計算得到質(zhì)量加載率vp為0.052，體積加載率kp為0.002 5%。因體積加載率小于10%，可認為分級機內(nèi)顆粒稀疏，顆粒對流場的影響很小，滿足單相耦合的穩(wěn)態(tài)DPM要求。

以29-800工況為例，顆粒設(shè)置為碳酸鈣，顆粒入射面為喂料口所在平面，該平面直徑為30 mm。設(shè)置細粉出口所在面的類型為“escape”，粗粉收集漏斗為“trap”，其余壁面設(shè)置為“reflect”，法向反彈系數(shù)kn和切向反彈系數(shù)kt設(shè)置為[13]

(4)

(5)

式中，β為撞擊角度。

為了反映顆粒在復(fù)雜的湍流流場中的運動情況，使用隨機游走模型(discrete random walk model，DRW)[23]增強湍流對顆粒流運動的隨機性影響。為了保證獲得完整的追蹤顆粒的運動情況，設(shè)置最大計算步數(shù)為50 000，積分尺寸為0.005。連續(xù)相上加載粒徑為5～50 μm的顆粒，模擬該工況下不同粒徑碳酸鈣的分級效率曲線。追蹤各個粒徑下顆粒的分級情況，每次設(shè)置800個同一粒徑顆粒通過喂料口進入分級機，通過模擬計算得到不同粒徑的逃逸、捕獲情況，最后以逃逸顆粒占顆粒總數(shù)的分數(shù)為縱坐標(biāo)(模擬所得部分分級效率)，顆粒粒徑為橫坐標(biāo)繪制部分分級效率曲線，結(jié)果如圖11所示?？梢缘玫絋ype-A模型和Type-B模型的分級粒徑d50分別為22.18 μm和28.78 μm。模擬所得Type-A模型和Type-B模型的分級精度K(d25/d75)分別為65.53%和60.19%。由離散相模擬結(jié)果可以得出，淘洗區(qū)筒體內(nèi)置擾流錐可使分級粒徑減小22.93%，分級精度提高8.87%。

圖11 離散相模擬部分分級效率曲線

4 物料分級實驗

為驗證所得數(shù)值模擬結(jié)果，以碳酸鈣為原料，在29-800和29-1 600兩種工況下對有、無擾流錐兩種結(jié)構(gòu)的分級機進行物料分級實驗，碳酸鈣原料粒度微分分布如表2所示。通過激光粒度分析儀(LT3600型，珠海真理光學(xué)儀器有限公司)對原料及分級產(chǎn)物進行粒度測定，并計算粗粉部分的分級效率，得到的部分分級效率曲線如圖12所示。由部分分級效率曲線分別計算分級粒徑d50和分級精度K，結(jié)果如表3所示。

表2 碳酸鈣原料粒度微分分布

表3 分級實驗性能指標(biāo)

圖12 分級實驗部分分級效率曲線

在29-800、29-1 600兩種工況下，Type-A模型的分級粒徑較小且分級精度較高。29-800工況下，Type-A模型比Type-B模型的分級粒徑減小了13.2%，分級精度提高了4.2%；29-1 600工況下，Type-A模型的分級粒徑減小了12.18%，分級精度提高了4.9%。Type-A模型流場分布均勻，上升至環(huán)形區(qū)的細顆粒可以均勻地通過轉(zhuǎn)籠葉片間通道，而Type-B模型流場速度較大，分級粒徑也較大，徑向速度分布的不均導(dǎo)致大顆粒在某些位置進入轉(zhuǎn)籠，分級精度降低。

分級機內(nèi)由細顆粒團聚產(chǎn)生的假大顆粒很容易被收集為粗粉，旁路值是部分分級效率曲線上的最小值，表示混入被收集為粗粉的細粉的質(zhì)量分數(shù)，它是衡量分級效率的重要指標(biāo)之一，旁路值越小，分級效率越高。如圖12所示，在29-800工況下Type-A模型的部分分級效率曲線中旁路值δ為11.49%，Type-B模型為10.07%；29-1 600工況下，Type-A模型旁路值為24.11%，Type-B模型旁路值為21.13%。在不同工況下，Type-A模型的旁路值均比Type-B模型的大，表明Type-A模型收集到的粗粉中合格的細粉量較多。假大顆粒在螺旋喂料機作用下進入筒體時，由于Type-A模型在淘洗區(qū)筒體內(nèi)的氣流相對均勻，湍流動能較小，因此對于假大顆粒的分散效果略差，導(dǎo)致旁路值較大，進入粗粉中的細粉量略多。

5 結(jié)論

(1)在淘洗區(qū)筒體內(nèi)，擾流錐的存在會阻礙旋渦的形成，氣流絕對速度整體較??；筒體內(nèi)小尺寸高頻脈動的湍渦數(shù)量變少，使得氣流能夠平穩(wěn)上升至環(huán)形區(qū)，但會導(dǎo)致進入淘洗區(qū)筒體的原料不能充分預(yù)分散，“魚鉤效應(yīng)”明顯。

(2)擾流錐可以有效提升環(huán)形區(qū)和轉(zhuǎn)籠葉片間通道徑向速度分布的均勻性，使得細粉產(chǎn)品在轉(zhuǎn)籠不同位置進入時均能順利進入轉(zhuǎn)籠，減小粗細顆粒相互混雜的概率，提高分級精度；擾流錐的存在使得氣流上升過程中能耗增大，氣流徑向速度減小。

(3)顆粒的離散相模型模擬結(jié)果進一步表明擾流錐的存在可以減小分級粒徑，提高分級精度。碳酸鈣的分級實驗結(jié)果與離散相模擬結(jié)果一致。此外，擾流錐會導(dǎo)致粉體不能在筒體內(nèi)充分分散，粗粉產(chǎn)品中含有較多的細粉，旁路值較大。