氣流粉碎理論的研究

根據(jù)氣流粉碎原理，其基礎理論研究主要包括了以下方面：高速氣流的形成，顆粒在高速氣流中的加速規(guī)律，顆粒沖擊粉碎規(guī)律，氣流粉碎機參數(shù)的研究。

1.2.3.1高速氣流的形成

1.2.3.1.1噴嘴

氣流粉碎中物料粉碎的能量來源于高速氣流，高速氣流則是依靠噴嘴將氣流的內(nèi)能轉化為動能而形成的。氣流粉碎的噴嘴可分為收縮型和縮擴型(Laval型)，目前主要采用縮放型噴嘴。在氣流粉碎機研制之初，在計算方法的確定、型面曲線修正、起始擴散角控制等方面，研究人員依據(jù)氣體動力學原理，在噴嘴的設計理論和基礎實驗研究方面作了一定的工作。

N.Rink將靜止的顆粒和氣流通過較長的Laval噴嘴加速獲得了較大的顆粒速度，其理論與實驗的結果證明這種噴嘴適合于顆粒粉碎[l1Rink.N.Research into the acceleration of materials in Laval jet nozzles[J].Chemie  ingenieur Technik，1975，47(7):311]。

葉菁等利用定常二維無旋超音速流的數(shù)值方法——特征線法，結合氣流粉碎機的流動特征，分析了噴嘴管壁特征線的設計方法，提出了等流能噴嘴設計的方法與步驟[8葉菁，陳家炎，王啟宏.超音速氣流粉碎等流能噴嘴計算[J].武漢工業(yè)大學學報，1990(2):25-30]。

陳志敏等對超音速氣流粉碎機的噴嘴流動狀態(tài)及結構設計進行了分析，探討了獲得有效噴射速度的超音速噴嘴的設計方法[7陳志敏，徐敏.超音速氣流粉碎機噴嘴的結構設計的研究[J].機械工程與科學，1995，53(1):77-82]。

金鈴采用Fluent軟件對流化床氣流粉碎機噴嘴位置進行了數(shù)字模擬，分析粉碎機腔體中的流場，分析結果表明，在噴嘴位置的設計上，存在最佳的安裝位置，使得粉碎性能達到最佳[金鈴. 流化床粉碎機內(nèi)部流場的數(shù)值模擬及對噴嘴位置的影響[J].礦山機械，2009，37（15）：81-84]。這與金振中的研究結果相一致[金振中，崔巖，金鏞國，等.流化床式氣流粉碎機中噴嘴徑向位置對粉碎性能的影響[J].礦山機械，2008，36（3）：80-83]。

M Grujicic 等人通過對噴嘴流場分析，優(yōu)化了噴嘴內(nèi)型，使得氣體的拖曳力增加，顆粒的加速度增大，在相同的距離速度進一步提高，這樣增大了物料顆粒的速度，不但可以將顆粒更加細化，而且提高了系統(tǒng)的效率[M Grujicic，C Tong，W S DeRosset，et al. Flow analysis and nozzle-shape optimization for the cold-gas dynamic-spray process [J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part B：Engineering Manufacture，2003，217(11)：1603-1613]。

Hiroshi Katanoda等對顆粒在超音速噴嘴內(nèi)部和外部的流動流場做了數(shù)值模擬和分析，并對顆粒的速度和溫度分布做了預測和分析[Hiroshi Katanoda，Matsuo Kazuyasu．Analysis of particle behavior in high—velocity oxy—fuel thermal spraying process[J]．Journal of Thermal Science，2003，12(3)：17-21]。

楊軍瑞等為解決傳統(tǒng)氣流粉碎能量利用率不高、物料加速效果差、粉碎效果差等問題，通過對氣流粉碎中噴嘴結構的改進，設計了一種新型環(huán)形復合噴嘴。通過Fluent數(shù)值模擬，表明新型環(huán)形復合噴嘴比常規(guī)噴嘴具有射流速度快、射流相對集中和射程遠等優(yōu)點[楊軍瑞，胥海倫，陳海焱. 新型環(huán)形復合噴嘴的數(shù)值模擬分析與研究[J].中國粉體技術，2009，15（4）：11-14]。

王利文等對氣流粉碎裝置的噴嘴結構和參數(shù)運用均勻設計法進行設計與優(yōu)化，采用流體動力學軟件對所設計噴嘴進行流場模擬，應用有限元分析軟件對噴嘴內(nèi)部結構受力情況進行分析，討論了入口直徑、入口穩(wěn)定段長度、喉部臨界截面和內(nèi)腔造型對噴嘴性能的影響。結果發(fā)現(xiàn)，入口壓力3.5MPa，入口直徑為6mm的噴嘴為設計的最佳噴嘴．內(nèi)腔錐角在8°-12°之間變化時，對噴嘴的性能影響不大，內(nèi)腔造型為光滑曲面時噴嘴性能最佳[王利文，潘家禎，王子剛，等. 超音速氣流粉碎噴嘴數(shù)值模擬[J].力學與實踐，2009（2）：17-21][王子剛，潘家禎. 超音速氣流粉碎機噴嘴的模擬與實驗研究[J].化工裝備技術，2008，29（6）：1-5，7]。

何楓、謝峻石等人根據(jù)可壓縮流體軸對稱n-s方程，利用RA Nκ-ε湍流模式和有限體積法，采用四邊形非結構網(wǎng)格，對不同內(nèi)部流道型線的噴嘴自由射流進行數(shù)值模擬。結果表明：軸對稱等直徑圓管噴嘴，進口處的流道型線對射流流道參數(shù)的分布影響較大；軸對稱收縮噴嘴的收縮角大小主要影響射流出口附近的流動，對流動具有不同的阻滯效果，并據(jù)此提出收縮噴嘴內(nèi)部流道型線采用維多辛斯基曲線可以獲得優(yōu)良的流動特性[謝峻石，何楓. 噴嘴內(nèi)部流道型線對射流流場的影響[J].機械開發(fā)，2001，18(4):42-47] [何楓，謝峻石，楊京龍.噴嘴內(nèi)部流道型線對射流流場的影響[J].應用力學學報，2001，18(4):114-119.]。