[發明專利]基于流固兩相流的混凝土攪拌車攪拌筒葉片設計方法

無效

• 申請號: 200910047026.0
• 申請日: 2009-03-04
• 公開（公告）號: CN101551830A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 王安麟;姜濤;善盈盈;楊蓉;楊興;胡亮
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于工程機械領域，涉及一種混凝土攪拌車攪拌筒葉片的設計方法。

背景技術

在我國經濟發展較快、基礎建設投資較大的今天，混凝土攪拌輸送車具有年產數萬輛的龐大市場。但是，從技術上講，混凝土攪拌輸送車的核心技術在于攪拌筒的內部結構形態設計上，其系統設計理論難點和原因在于，混凝土攪拌輸送車攪拌系統的機械、拌和料和傳動等融合的物理現象，混凝土攪拌輸送車攪拌系統的攪拌機理難以用單純的傳統力學方法建立其固液兩相之間的數字化表達。因此，市場上出現的新產品，存在攪拌離析性能差、出料速度低和故障率高等問題。這些問題，不僅對生產效率帶來損失，而且對基礎建設中使用的混凝土質量也帶來不可見的重大問題。

在混凝土攪拌車攪拌筒的設計中，存在的一個主要問題和難點就是所有的設計計算都是基于一些經驗性的公式和數據，迄今為止國內尚無任何有關攪拌筒工作機理的數值解析作為設計的理論依據。這樣不僅設計性能無法達到最優，而且設計周期長、反復試驗的成本高。因此，必須以混凝土攪拌筒流場的理論解析為基礎進行優化設計，從技術開發的源頭上保證混凝土攪拌輸送車產業的健康發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于流固兩相流的混凝土攪拌車攪拌筒葉片設計方法，在攪拌筒內混凝土的數值模擬的基礎上，對攪拌筒參數進行優化設計，設計計算螺旋葉片的曲面形狀，并可由計算所得的數據畫出攪拌筒螺旋葉片設計的三維曲面圖。

為達到以上目的，本發明所采用的解決方案是：

一種攪拌筒葉片設計方法，其包括以下步驟：

1)建立三維混凝土多相流介質的顆粒群軌道柔性模型，對攪拌筒內混凝土運動進行數值分析；

2)三維混凝土多相流介質的流動模擬，采用固體顆粒和流體組成流固兩相流系統模擬混凝土運動；

3)計算螺旋葉片設計參數。

所述的數值分析通過以下步驟完成：

1)顆粒群軌道DEM的動態松弛迭代；

2)計算顆粒對流暢作用的顆粒源項耦合S_p；更新顆粒群位移、速度場；

3)根據質量、動量守恒方程，連續相流場相SIMPLE迭代使假定的壓力場改進；對更新顆粒群位移、速度場后的顆粒群相DEM解析，并返回步驟1)；

4)根據牛頓第二運動定律及歐拉方程修正離散單元法中顆粒的運動方程式，計算流場對顆粒作用力，并返回步驟1)。

所述的三維混凝土多相流介質的流動模擬計算時，采用的流體相的密度為2800kg/m³，顆粒相的密度為2960kg/m³，顆粒直徑為0.001m。

所述的螺旋葉片包括兩組旋向相同、互錯180°的對數螺旋葉片，每個螺旋葉片包括前錐螺旋葉片、圓柱螺旋葉片和后錐螺旋葉片。

所述的前錐螺旋葉片、圓柱螺旋葉片、后錐螺旋葉片根據tgβ=tgβb′[Zb′(1-tgμ×tgθ)-Z3Zb′(1-tgμ×tgθ)],]]>計算螺旋角；根據對數螺旋線的性質，通過計算錐上的點，得出實體錐面上變形了的對數螺旋曲線螺旋線及其上點在空間中的坐標獲得螺旋葉片結構。

由于采用了上述方案，本發明具有以下特點：本發明使得混凝土攪拌運輸車具有攪拌和輸送混凝土均質性好、進出料率高、出料殘余率低的特點。

附圖說明

圖1計算生成的螺旋葉片