过程工程学报 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (10): 1069-1078.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225328
张福宁, 杜少华, 周强*
Funing ZHANG, Shaohua DU, Qiang ZHOU*
摘要: 螺旋气流磨作为一种高效超细粉碎设备,在化工、材料、医药等领域具有广泛应用,其粉碎性能直接决定了产品的质量和能耗水平。在螺旋气流磨中,颗粒的破碎行为复杂,同时受碰撞频率和冲击能量的综合影响,因此准确预测该过程中不同阶段的颗粒破碎率及产物粒径分布是研究装置性能、评估粉碎效率的关键前提。基于此,本工作提出了一种基于计算流体动力学-离散元方法(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method, CFD-DEM)的耦合模拟与建模方法,通过获取颗粒冲击能量分布,能够对长周期运行下螺旋气流磨内的颗粒破碎率及产品粒径分布进行有效预测。该方法首先依据CFD-DEM模拟结果统计得到颗粒碰撞能量的概率密度及其累积分布,在此基础上通过蒙特卡洛随机碰撞模拟生成各颗粒在整个运行周期中的累计碰撞能量序列;随后建立基于碰撞频率和冲击能量的颗粒破碎率与产物粒径分布关联模型,并通过实验数据对模型参数进行标定验证。结果表明,该方法不仅能揭示磨腔内颗粒的运动、分布与碰撞细节,还可在长周期条件下较准确预测颗粒破碎率与粒径分布变化规律,从而为不同操作条件下的粉碎性能预测与工业级螺旋气流磨的设计优化与工艺调控提供可靠的预测模型和理论支撑。