第4期 杜鹏宇等：并罐式无钟炉顶布料蛇形偏料的研究 ·481· 料从节流阀或下密封阀流出后，进入Y形管，Y形 4 管倾角导致料流密集点在喉管中产生偏行，料流密 并罐式炉顶炉料在中心喉管的碰撞分析 集点中心位置相对喉管中心线偏离一定距离，偏移 并罐式无钟炉顶布料过程中，炉料颗粒从Y形 距离的大小和料流阀开度密切相关. 管流出后，进入长度为L喉的中心喉管，炉料颗粒从 (2)料流轨迹与喉管管壁的碰撞.料流轨迹密 Y形管出口运动到与中心喉管管壁发生碰撞，碰前 集点在喉管内存在水平速度，与喉管管壁发生碰撞 速度为，>0，方向与Y形管倾角方向相同.按照理 后，速度方向和大小会发生变化，导致料流轨迹偏向 想情况碰撞为完全弹性碰撞模型，即颗粒和中心喉 另一侧. 管管壁碰撞动量守恒，同时还满足能量守恒，并且颗 (3)料流轨迹密集点在喉管出口处的水平速度 粒发生碰撞后无尺寸变形.颗粒碰撞动量守恒，如 影响炉料在旋转溜槽上冲击点的轨迹，导致炉料在 发生弹性碰撞，还满足动能守恒，碰撞后颗粒发生反 溜槽上的有效运动长度发生变化，增大或减小炉料 射，运动方向发生变化，其运动方向与重力方向的夹 在溜槽出口处的料流速度. 角等于B,如图6所示. (4)炉料密集点冲击旋转溜槽的轨迹.碰撞点 动量守恒： 轨迹不能采用单一椭圆方程计算，而是两个不同长 m1+m壁U壁=mUi+m壁v睡 (3) 轴的半椭圆相接形成的碰撞轨迹，其中大椭圆的短 当颗粒与中心喉管发生碰撞时，中心喉管的速度碰 轴等于小椭圆的长轴.如果溜槽底部是圆弧状，还 撞前后都为0，则式(3)简化为 要考虑冲击位置的冲击高度 m v mv (4) 能量守恒： 3炉料在并罐式炉顶Y形管内的受力分析 1 2 (5) 并罐式无钟炉顶存在连接料罐和中心喉管的部 件Y形管，炉料从节流阀出口处先进入Y形管后再 则 进入中心喉管.图5为炉料颗粒在长度为L、,倾角 [visinB =v sinB (6) 为B的Y形管内受力运动模型.炉料从节流阀流出 lu=√/(U1sinβ)2+(cosB)2 速度为o,沿Y形管倾角B方向的速度为ocosB,加 式中：m为颗粒质量，kg1为颗粒碰撞后的速度， 速度a的方向和重力G方向的夹角等于B,4为摩 ms;对于非弹性碰撞，部分动能被耗散，i<, 擦因数.受力情况为：重力G=mg;支持力F、= 相对速度减小，采用耗散系数ε表示动能耗散.定 GsinB:摩擦力F,=uF、·炉料加速度a为 义耗散系数为 a-出=6lcmg--nein) (1) 6=,0<e<1 (7) 在Y形管末端速度为1，方向与Y形管倾角方向 颗粒碰撞的耗散系数ε可以写成 相同： E=(1-)1n (8) U1=√(ocos3)2+2g(cosB-usinβ)Ly(2) 颗粒与管壁碰撞发生能量耗散，假设颗粒无塑 性变形，颗粒和壁面之间没有黏附作用，颗粒的能量 损失入可由下式[o得到： W 入= 1￥ =7.2678 2e2 1 (9) 式中， 6= 2-)1n 图5炉料在Y形管内受力运动 Fig.5 Particle's force and movement in the Y tube第 4 期 杜鹏宇等: 并罐式无钟炉顶布料蛇形偏料的研究 料从节流阀或下密封阀流出后，进入 Y 形管，Y 形 管倾角导致料流密集点在喉管中产生偏行，料流密 集点中心位置相对喉管中心线偏离一定距离，偏移 距离的大小和料流阀开度密切相关． ( 2) 料流轨迹与喉管管壁的碰撞． 料流轨迹密 集点在喉管内存在水平速度，与喉管管壁发生碰撞 后，速度方向和大小会发生变化，导致料流轨迹偏向 另一侧． ( 3) 料流轨迹密集点在喉管出口处的水平速度 影响炉料在旋转溜槽上冲击点的轨迹，导致炉料在 溜槽上的有效运动长度发生变化，增大或减小炉料 在溜槽出口处的料流速度． ( 4) 炉料密集点冲击旋转溜槽的轨迹． 碰撞点 轨迹不能采用单一椭圆方程计算，而是两个不同长 轴的半椭圆相接形成的碰撞轨迹，其中大椭圆的短 轴等于小椭圆的长轴． 如果溜槽底部是圆弧状，还 要考虑冲击位置的冲击高度． 3 炉料在并罐式炉顶 Y 形管内的受力分析 并罐式无钟炉顶存在连接料罐和中心喉管的部 件 Y 形管，炉料从节流阀出口处先进入 Y 形管后再 进入中心喉管． 图 5 为炉料颗粒在长度为 LY，倾角 为 β 的 Y 形管内受力运动模型． 炉料从节流阀流出 速度为 v0，沿 Y 形管倾角 β 方向的速度为 v0 cosβ，加 速度 a 的方向和重力 G 方向的夹角等于 β，μ 为摩 擦因数． 受力情况为: 重力 G = mg; 支持力 FN = Gsinβ; 摩擦力 Ff = μFN． 炉料加速度 a 为 a = dv dt = g( cosβ － μsinβ) ( 1) 在 Y 形管末端速度为 v1，方向与 Y 形管倾角方向 相同: v1 = ( v0 cosβ) 2 槡 + 2g( cosβ － μsinβ) LY ( 2) 图 5 炉料在 Y 形管内受力运动 Fig． 5 Particle's force and movement in the Y tube 4 并罐式炉顶炉料在中心喉管的碰撞分析 并罐式无钟炉顶布料过程中，炉料颗粒从 Y 形 管流出后，进入长度为 L喉 的中心喉管，炉料颗粒从 Y 形管出口运动到与中心喉管管壁发生碰撞，碰前 速度为 v1 ＞ 0，方向与 Y 形管倾角方向相同． 按照理 想情况碰撞为完全弹性碰撞模型，即颗粒和中心喉 管管壁碰撞动量守恒，同时还满足能量守恒，并且颗 粒发生碰撞后无尺寸变形． 颗粒碰撞动量守恒，如 发生弹性碰撞，还满足动能守恒，碰撞后颗粒发生反 射，运动方向发生变化，其运动方向与重力方向的夹 角等于 β，如图 6 所示． 动量守恒: m1 v1 + m壁 v壁 = mv' 1 + m壁 v' 壁 ( 3) 当颗粒与中心喉管发生碰撞时，中心喉管的速度碰 撞前后都为 0，则式( 3) 简化为 m1 v1 = mv' 1 ( 4) 能量守恒: 1 2 mv' 1 2 = 1 2 mv 2 1 ( 5) 则 v' 1 sinβ = v1 sinβ v' 1 = ( v1 sinβ) 2 + ( v1 { 槡 cosβ) 2 ( 6) 式中: m 为颗粒质量，kg; v' 1 为颗粒碰撞后的速度， m·s － 1 ; 对于非弹性碰撞，部分动能被耗散，v' 1 ＜ v1， 相对速度减小，采用耗散系数 ε 表示动能耗散． 定 义耗散系数为 ε = v' 1 v1 ，0 ＜ ε ＜ 1 ( 7) 颗粒碰撞的耗散系数 ε 可以写成 ε = ( 1 － λ) 1 /2 ( 8) 颗粒与管壁碰撞发生能量耗散，假设颗粒无塑 性变形，颗粒和壁面之间没有黏附作用，颗粒的能量 损失 λ 可由下式［10］得到: λ≡ W 1 2 mv 2 r = 7. 267 δ ρ2C3 0 ( 1 + γ2 ( ) 1 － γ2 2 1 － γ ) 2 1 2 ρ － 1 5 1 K 6 5 mv 3 5 r ( 9) 式中， δ = ∫ +∞ 0 ξ( ξ 2 － 1) 1 / ( 2 2ξ 2 － 2( 1 － γ2) 1 － 2γ ) 2 2 － 4ξ [ 2 ( ξ 2 － 1 ( ) ξ 2 － 2( 1 － γ2) 1 － 2γ ) ] 2 1 /2 dξ， ·481·