曹源文，李 成，周 博，黃興生，曾建民

(1. 重慶交通大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院，重慶 400074； 2. 鄭州市西繞城公路建設(shè)發(fā)展有限公司，河南 鄭州 450001)

0 引 言

眾多研究表明，在水泥基材料中加入聚乙烯醇(PVA)纖維可以有效提高水泥基材料的抗裂、抗沖擊等各項(xiàng)性能[1-5]。然而PVA纖維一般以束狀形式生產(chǎn)，直接與水泥基材料拌合會(huì)大幅降低PVA纖維的使用性能，所以在加入水泥基材料拌合前一般要將PVA纖維分散成單絲狀形態(tài)[6]。PVA纖維的分散方法有化學(xué)分散、超聲波分散、機(jī)械式分散等，機(jī)械式分散法由于具有成本低廉、效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用，但其仍然存在著攪拌分散不均勻、攪拌分散效率不夠高等問(wèn)題。

學(xué)者們通過(guò)對(duì)PVA纖維攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)進(jìn)行分析，針對(duì)提高攪拌分散裝置的分散質(zhì)量與分散效率的研究已取得了一定成果。曹源文等[7]通過(guò)湍流強(qiáng)度云圖和壓力分布圖進(jìn)行分析，得出通過(guò)改變攪拌分散裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)可以有效提高PVA纖維的攪拌分散質(zhì)量，但是該研究只得出了趨勢(shì)性結(jié)論，并未給出具體的理想?yún)?shù)；肖偉等[8]通過(guò)分析攪拌分散裝置內(nèi)混合物的湍流強(qiáng)度云圖和速度云圖，得出了某結(jié)構(gòu)的PVA纖維攪拌器的理想攪拌軸轉(zhuǎn)速。同時(shí)，眾多學(xué)者的相關(guān)研究表明，在PVA纖維中加入分散劑可以有效提高水泥基材料性能和PVA纖維的攪拌分散質(zhì)量。呂林女等[9]發(fā)現(xiàn)，加入粉煤灰可以有效提高應(yīng)變硬化水泥基復(fù)合材料的應(yīng)變硬化和抗多縫開(kāi)裂性能；張亞男等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在水泥基中加入合適比例的粉煤灰，可有效提高水泥基體強(qiáng)度；王仕富等[11]發(fā)現(xiàn)，在 PVA纖維上殘留的碳元素可以作為潤(rùn)滑材料，有助于 PVA纖維的攪拌分散；余保英等[12]研究表明，在PVA纖維中加入一定比例的粉煤灰材料，可以減小PVA纖維與其他混合物的摩擦力，利于PVA纖維的攪拌分散；曹源文等[13]在PVA纖維攪拌分散過(guò)程中加入一定比例的粉煤灰，并基于試驗(yàn)，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)和PVA纖維紋理特征，評(píng)價(jià)了PVA纖維的攪拌分散質(zhì)量，研究表明加入適當(dāng)比例粉煤灰可提升PVA纖維的攪拌分散均勻性。由此可見(jiàn)，在PVA纖維中加入粉煤灰材料，既可以有效提高水泥基材料的各項(xiàng)性能，同時(shí)有利于PVA纖維束的攪拌分散過(guò)程。

上述研究主要存在2個(gè)問(wèn)題：①針對(duì)PVA纖維的攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)分析，僅通過(guò)云圖、壓力圖等對(duì)某一截面進(jìn)行定性分析，沒(méi)有對(duì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)進(jìn)行定量分析，使結(jié)果具有不確定性和片面性；②粉煤灰作為一種優(yōu)良的水泥基材料添加劑以及PVA纖維攪拌分散劑，在現(xiàn)有研究中，對(duì)添加了分散劑粉煤灰的PVA纖維攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)分析十分有限。因此，筆者利用ANSYS軟件分析雙軸臥式PVA纖維攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，根據(jù)仿真分析結(jié)果中PVA纖維混合物的速度特性和湍流動(dòng)能特性，得到速度與湍流動(dòng)能特性隨攪拌軸轉(zhuǎn)速及PVA纖維與粉煤灰質(zhì)量比的變化規(guī)律，進(jìn)而得到該裝置的理想攪拌軸轉(zhuǎn)速和理想質(zhì)量比，可為后續(xù)PVA纖維攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的研究提供一定理論依據(jù)。

1 裝置基本結(jié)構(gòu)與攪拌分散機(jī)理

設(shè)計(jì)雙軸臥式PVA纖維攪拌分散裝置結(jié)構(gòu)如圖1。攪拌葉片采用四直葉片，葉片半徑為35 mm，葉片在2個(gè)攪拌軸上的相等距離處交錯(cuò)安裝，為增強(qiáng)攪拌槽內(nèi)的剪切運(yùn)動(dòng)和對(duì)流運(yùn)動(dòng)，該裝置工作時(shí)，兩攪拌軸做等速反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且攪拌槽中放置PVA纖維與粉煤灰的混合物。研究中選用高強(qiáng)度高模量PVA纖維和國(guó)標(biāo)二級(jí)粉煤灰，相關(guān)參數(shù)如表1。

圖1 PVA纖維攪拌分散裝置

表1 PVA纖維與粉煤灰相關(guān)參數(shù)

PVA纖維混合物的攪拌分散作用機(jī)理十分復(fù)雜，參考其它工程領(lǐng)域的攪拌分散機(jī)理，可認(rèn)為攪拌槽中PVA纖維混合物的攪拌分散機(jī)理是：PVA纖維混合物通過(guò)攪拌分散設(shè)備提供的對(duì)流、擴(kuò)散和剪切共同作用完成均勻的攪拌分散[14]，PVA纖維混合物實(shí)現(xiàn)上述3種作用的運(yùn)動(dòng)形式主要是軸向運(yùn)動(dòng)和徑向運(yùn)動(dòng)。軸向運(yùn)動(dòng)具有高速循環(huán)的特點(diǎn)，可以高效的對(duì)不同成分的混合物進(jìn)行攪拌分散和對(duì)流、擴(kuò)散作用；徑向運(yùn)動(dòng)具有較強(qiáng)的剪切作用，可以形成強(qiáng)烈渦旋運(yùn)動(dòng)。針對(duì)筆者的研究?jī)?nèi)容，在PVA纖維攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)分析時(shí)應(yīng)著重關(guān)注徑向和軸向運(yùn)動(dòng)。

2 運(yùn)動(dòng)場(chǎng)模型

2.1 湍流模型

流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可通過(guò)雷諾數(shù)判斷，筆者研究的流體受到兩根攪拌軸的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，雷諾數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于湍流運(yùn)動(dòng)的最低界限值，因此判斷攪拌槽中混合物的流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為湍流運(yùn)動(dòng)。

在湍流仿真模型選取時(shí)，常用模型有Standardk-ε模型、RNGk-ε模型以及Realizablek-ε模型，前2種模型的湍流動(dòng)能k方程及耗散率ε方程基本相同，但是這2個(gè)模型都存在著如下問(wèn)題：①當(dāng)時(shí)均應(yīng)變率較大時(shí)，模型在物理層面上無(wú)法滿足可實(shí)現(xiàn)條件；②模型的湍流耗散率精度較低[15]。

Realizablek-ε模型與前2種模型相比，引入了更為精確的湍流黏度公式和能量耗散傳輸方程，且Realizablek-ε模型已在多個(gè)領(lǐng)域的流場(chǎng)研究中顯示出更優(yōu)質(zhì)的精確性和高效性，選用Realizablek-ε模型研究PVA纖維攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)中的湍流運(yùn)動(dòng)[16-17]。Realizablek-ε模型的湍流動(dòng)能k方程如式(1)，耗散率ε方程如式(2)：

Gb-Ym

(1)

(2)

式中：ρ為密度；k為湍流動(dòng)能；t為時(shí)間；ui、uj為i、j方向速度分量；xi、xj為i、j方向位移分量；μ為動(dòng)力黏度；μt為湍流黏度；δk、δε為普朗特?cái)?shù)；Gk為速度湍動(dòng)能；Gb為浮力湍動(dòng)能；Ym為膨脹耗散率；ε為動(dòng)能耗散率；C1、C2為常數(shù)，取經(jīng)驗(yàn)值分別為1.44和1.92；v為湍動(dòng)粘滯率；C3為浮力相關(guān)系數(shù)。

PVA纖維混合物可認(rèn)為是不可壓縮流體，因此可忽略浮力和湍流膨脹影響，在利用Realizablek-ε模型研究PVA纖維攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)中的湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，式(1)、式(2)中與浮力和湍流膨脹相關(guān)的系數(shù)為0。

2.2 裝置幾何模型

利用CATIA三維建模軟件建立攪拌分散裝置的攪拌葉片幾何模型如圖2，攪拌軸軸向方向定義為Z方向，徑向方向定義為Y方向。建立攪拌槽三維實(shí)體模型，利用布爾命令獲得攪拌槽的流體域模型如圖3。進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃分和質(zhì)量?jī)?yōu)化后，獲得攪拌槽網(wǎng)格如圖4。

圖2 攪拌葉片模型

圖3 流體域模型

圖4 攪拌槽網(wǎng)格

2.3 邊界條件與求解設(shè)置

邊界條件設(shè)置中，PVA纖維攪拌分散裝置Inlet與Outlet流量邊界設(shè)為Pressure，其它設(shè)為Wall；可形變部件模型(DPM)Inlet離散邊界設(shè)為Escape，Outlet設(shè)為Trap，其它設(shè)為Reflect。邊界條件設(shè)置如表2。

表2 邊界條件設(shè)置

求解設(shè)置中，選用SIMPLE算法，最大迭代步600步，采用均方根殘差值(RMS) 作為收斂判斷標(biāo)準(zhǔn)，殘差值設(shè)置為10-3，通過(guò)殘差圖驗(yàn)證了筆者模型的合理性。

3 PVA纖維攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)

3.1 不同攪拌軸轉(zhuǎn)速的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)

控制PVA纖維與粉煤灰的質(zhì)量比(下簡(jiǎn)稱質(zhì)量比)為1∶45，改變攪拌軸轉(zhuǎn)速，選取工程實(shí)際中常用的攪拌軸轉(zhuǎn)速(300、400、500、600、700、800 rpm)，進(jìn)行不同攪拌軸轉(zhuǎn)速下，PVA纖維攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)速度特性分析和湍流動(dòng)能特性分析。

3.1.1 速度特性分析

選取攪拌軸坐標(biāo)Z=85 mm的軸向截面，獲取不同攪拌軸轉(zhuǎn)速下，攪拌槽中PVA纖維混合物的速度云圖如圖5。

圖5 不同攪拌軸轉(zhuǎn)速下PVA纖維混合物速度云圖

由圖5可知：

1) 隨著攪拌軸轉(zhuǎn)速的提高，攪拌槽中PVA纖維混合物的速度隨之增大，速度的增大可認(rèn)為葉片對(duì)PVA纖維混合物的剪切作用和對(duì)流作用逐漸增強(qiáng)，但是當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速增幅相同時(shí)，PVA纖維混合物速度的增幅卻有所不同。

2) 當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速?gòu)?00 rpm提高到700 rpm，攪拌軸轉(zhuǎn)速每提高100 rpm，PVA纖維混合物的速度增幅較為顯著；當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速?gòu)?00 rpm提高為800 rpm，PVA纖維混合物的速度增幅較為緩慢。

為進(jìn)一步對(duì)不同攪拌軸轉(zhuǎn)速下的PVA纖維混合物速度特性進(jìn)行定量分析，確定理想攪拌軸轉(zhuǎn)速，選取攪拌槽中含有3組葉片的攪拌軸(以下簡(jiǎn)稱3葉片攪拌軸)的不同軸向截面，進(jìn)行不同攪拌軸轉(zhuǎn)速下，PVA纖維混合物的軸向平均速度分析，軸向平均速度(m/s)指PVA纖維混合物通過(guò)計(jì)算域中攪拌軸某軸向截面的流量速度(m3/s)與該截面面積(m2)的比值，得到不同攪拌軸轉(zhuǎn)速下，PVA纖維混合物的軸向平均速度變化如圖6。

圖6 不同攪拌軸轉(zhuǎn)速下PVA纖維混合物軸向平均速度變化

由圖6可知：

1) 任意攪拌軸轉(zhuǎn)速下，隨著軸向截面坐標(biāo)Z的增大，PVA纖維混合物的軸向平均速度均先增大后減小，隨后再增大再減小，整體呈周期性變化；軸向平均速度共有兩個(gè)峰值，分別為截面坐標(biāo)Z=94 mm和Z=114 mm，這是由于攪拌槽中葉片的雙軸交錯(cuò)布置和安置角度所決定。

2) 任意軸向截面下，當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速?gòu)?00 rpm提高到600 rpm，攪拌軸轉(zhuǎn)速每提高100 rpm，PVA纖維混合物的軸向平均速度的增幅較為顯著；當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速?gòu)?00 rpm提高為700 rpm，軸向平均速度增幅較??；當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速?gòu)?00 rpm提高為800 rpm，軸向平均速度幾乎沒(méi)有變化，對(duì)于PVA纖維的攪拌分散無(wú)明顯增強(qiáng)作用。

3.1.2 湍流動(dòng)能特性分析

同樣選取攪拌軸坐標(biāo)Z=85 mm的軸向截面，獲取不同攪拌軸轉(zhuǎn)速下，攪拌槽中PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能云圖如圖7。

由圖7可知：

圖7 不同攪拌軸轉(zhuǎn)速下PVA纖維混合物湍流動(dòng)能云圖

1) 當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速?gòu)?00 rpm提高到700 rpm，攪拌軸轉(zhuǎn)速每提高100 rpm，攪拌槽中PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能增幅較為顯著，尤其是位于兩軸之間的下部區(qū)域的PVA纖維混合物增幅明顯；同時(shí)，位于攪拌葉片的背風(fēng)面區(qū)域的PVA纖維混合物湍流動(dòng)能增幅顯著，迎風(fēng)面區(qū)域變化不大。

2) 對(duì)比攪拌軸轉(zhuǎn)速為700和800 rpm的PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能云圖，發(fā)現(xiàn)攪拌軸轉(zhuǎn)速提高對(duì)PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能影響十分微小，同時(shí)位于葉片的迎風(fēng)面區(qū)域和攪拌槽壁區(qū)域的PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能也無(wú)明顯變化，說(shuō)明攪拌轉(zhuǎn)速?gòu)?00 rpm提高為800 rpm對(duì)PVA纖維混合料的攪拌分散過(guò)程無(wú)明顯增強(qiáng)作用。

為進(jìn)一步對(duì)不同攪拌軸轉(zhuǎn)速下PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能特性進(jìn)行定量分析，確定理想攪拌軸轉(zhuǎn)速，在改變不同攪拌軸轉(zhuǎn)速的同時(shí)，等距在3葉片攪拌軸的軸向方向選取12個(gè)不同截面，每個(gè)截面等距選取10個(gè)點(diǎn)，共得到120個(gè)點(diǎn)的PVA纖維混合物湍流動(dòng)能，并按數(shù)值大小從小到大進(jìn)行依次編號(hào)(1～120)，由于1～60號(hào)湍流動(dòng)能點(diǎn)數(shù)值較小，對(duì)于PVA纖維混合物湍流動(dòng)能影響不大，可以忽略不計(jì)，將61～120號(hào)點(diǎn)的湍流動(dòng)能值會(huì)繪制成折線圖。得出不同攪拌軸轉(zhuǎn)速下的各點(diǎn)PVA纖維混合物湍流動(dòng)能分布如圖8。

圖8 不同攪拌軸轉(zhuǎn)速下各點(diǎn)PVA纖維混合物湍流動(dòng)能分布

由圖8可知：當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速提高時(shí)，攪拌槽內(nèi)PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能逐漸增強(qiáng)，但增幅有所不同，當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速?gòu)?00 rpm提高為700 rpm，攪拌軸轉(zhuǎn)速每提高100 rpm，攪拌槽內(nèi)的PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能增幅顯著，圖8中相鄰折線的縱坐標(biāo)相差較大；而當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速?gòu)?00 rpm增加為800 rpm，除個(gè)別點(diǎn)外，PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能增長(zhǎng)較少，兩折線幾乎重合。

綜合分析可知，當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速在300～800 rpm之間以整百數(shù)提高時(shí)， PVA纖維混合物的速度和湍流動(dòng)能增大，但攪拌軸轉(zhuǎn)速提高至700 rpm時(shí)，再提高攪拌軸轉(zhuǎn)速，PVA纖維混合物的速度和湍流動(dòng)能無(wú)明顯增幅；同時(shí)攪拌軸轉(zhuǎn)速提高會(huì)增加攪拌分散裝置功率，提高PVA纖維發(fā)生纏繞的可能，所以攪拌軸轉(zhuǎn)速不宜過(guò)高。綜合考慮PVA纖維攪拌分散均勻性和裝置能耗得出：理想攪拌軸轉(zhuǎn)速為700 rpm。

3.2 不同質(zhì)量比的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)

控制攪拌軸轉(zhuǎn)速為700 rpm，改變質(zhì)量比，選取工程實(shí)際中常用的質(zhì)量比(1∶15、1∶30、1∶45、1∶60)，進(jìn)行不同質(zhì)量比下， PVA纖維攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)速度特性分析和湍流動(dòng)能特性分析。

3.2.1 速度云圖

選取攪拌軸坐標(biāo)Z=85 mm的軸向截面，獲取不同質(zhì)量比下，攪拌槽中PVA纖維混合物的速度云圖如圖9。

由圖9可知：

圖9 不同質(zhì)量比下PVA纖維混合物速度云圖

1) 當(dāng)質(zhì)量比為1∶15、1∶30、1∶45時(shí)，隨著混合物中粉煤灰摻量的提高，攪拌槽中PVA纖維混合物的速度不斷增大，尤其是在葉片端部增幅較為顯著，同時(shí)PVA纖維混合物速度大小逐漸分布不均勻，這可以增強(qiáng)PVA纖維混合物的剪切和對(duì)流運(yùn)動(dòng)，更有利于PVA纖維的攪拌分散。

2)當(dāng)質(zhì)量比從1∶45提高為1∶60時(shí)，攪拌槽中PVA纖維混合物的速度增幅比較緩慢，只體現(xiàn)在葉片端部的小幅增長(zhǎng)，PVA纖維混合物的速度分布均勻性無(wú)明顯變化，對(duì)于PVA纖維的攪拌分散無(wú)明顯增強(qiáng)作用。

為進(jìn)一步對(duì)不同質(zhì)量比下的PVA纖維混合物速度特性進(jìn)行定量分析，確定理想質(zhì)量比，選取3葉片攪拌軸的不同軸向截面，得到不同質(zhì)量比下，PVA纖維混合物的軸向平均速度變化如圖10。

圖10 不同質(zhì)量比下PVA纖維混合物軸向平均速度變化

由圖10可知：

1) 任意質(zhì)量比下，隨著軸向截面坐標(biāo)Z的增大，PVA纖維混合物的軸向平均速度均先增大后減小，隨后再增大再減小，整體上呈周期性變化；軸向平均速度共有兩個(gè)峰值，分別為截面坐標(biāo)Z=94 mm和Z=114 mm，這是由于攪拌槽中葉片的雙軸交錯(cuò)布置和安置角度所決定。

2) 任意軸向截面下，質(zhì)量比為1∶15、1∶30、1∶45時(shí)，隨著混合物中粉煤灰摻量的提高，攪拌槽中PVA纖維混合物的軸向平均速度增幅顯著；當(dāng)質(zhì)量比從1∶45提高為1∶60時(shí)，軸向平均速度幾乎不變，對(duì)比圖10中1∶45和1∶60的軸向平均速度變化圖發(fā)現(xiàn)二者幾乎重合。

3.2.2 湍流動(dòng)能云圖分布

選取攪拌軸坐標(biāo)Z=85 mm的軸向截面，獲取不同質(zhì)量比下，攪拌槽中PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能云圖如圖11。

由圖11可知：

圖11 不同質(zhì)量比下PVA纖維混合物湍流動(dòng)能云圖

1)當(dāng)質(zhì)量比為1∶15、1∶30、1∶45時(shí)，隨著混合物中粉煤灰摻量的提高，攪拌槽中PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能明顯增大，尤其是位于兩攪拌軸中上下兩區(qū)域的PVA混合物增幅明顯；同時(shí)粉煤灰摻量提高對(duì)位于攪拌葉片背風(fēng)面區(qū)域的PVA混合物湍流動(dòng)能影響顯著，對(duì)迎風(fēng)面區(qū)域湍流動(dòng)能的提高影響不大。

2)當(dāng)質(zhì)量比從1∶45提高為1∶60時(shí)，攪拌槽中PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能的增幅較小，此時(shí)位于葉片迎風(fēng)面區(qū)域的PVA混合物湍流動(dòng)能有小幅降低，不利于PVA纖維的攪拌分散。

為進(jìn)一步對(duì)不同質(zhì)量比下的PVA纖維混合物湍流動(dòng)能特性進(jìn)行定量分析，進(jìn)而確定理想質(zhì)量比，在改變不同質(zhì)量比的同時(shí)，等距在3葉片攪拌軸的軸向方向選取12個(gè)不同截面，每個(gè)截面等距選取10個(gè)點(diǎn)，共得到120個(gè)點(diǎn)的PVA纖維混合物湍流動(dòng)能，并按數(shù)值大小從小到大進(jìn)行排序依次編號(hào)(1～120)，由于1～60號(hào)湍流動(dòng)能點(diǎn)的數(shù)值較小，對(duì)于PVA纖維混合物湍流動(dòng)能影響不大，可以忽略不計(jì)，將61～120號(hào)點(diǎn)的湍流動(dòng)能值會(huì)繪制成折線圖。得出不同質(zhì)量比下的各點(diǎn)PVA纖維混合物湍流動(dòng)能布圖如圖12。

由圖12可知：質(zhì)量比提高時(shí)，隨著混合物中粉煤灰摻量的提高，攪拌槽中PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能逐漸增大，但是增幅有所不同，當(dāng)質(zhì)量比從1∶15提高為1∶30時(shí)，增幅顯著；從1∶30提高為1∶45時(shí)，增幅開(kāi)始緩慢；從1∶45增加為1∶60時(shí)，除個(gè)別點(diǎn)外，PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能增長(zhǎng)較少，兩條折線幾乎重合。

圖12 不同質(zhì)量比下各點(diǎn)PVA纖維混合物湍流動(dòng)能分布

綜合分析可知，質(zhì)量比提高時(shí)， PVA纖維混合物的速度和湍流動(dòng)能增大，但比例達(dá)到1∶45時(shí)，繼續(xù)提高質(zhì)量比PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能提升較少，甚至?xí)档陀L(fēng)面區(qū)域PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能。綜合考慮PVA纖維攪拌分散均勻性和節(jié)約資源得出：理想質(zhì)量比為1∶45。

4 結(jié) 論

筆者利用ANSYS軟件分析雙軸臥式PVA纖維攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，根據(jù)仿真分析結(jié)果，以PVA纖維混合物速度云圖和湍流動(dòng)能云圖為基礎(chǔ)，采用軸向平均速度變化圖和湍流動(dòng)能分布圖，描述運(yùn)動(dòng)場(chǎng)中PVA纖維混合物的速度特性和湍流動(dòng)能特性，以及隨攪拌軸轉(zhuǎn)速和PVA纖維與粉煤灰質(zhì)量比的變化規(guī)律，進(jìn)而得到理想攪拌軸轉(zhuǎn)速和理想質(zhì)量比。具體結(jié)論如下：

1)設(shè)計(jì)了一種雙軸臥式PVA纖維攪拌分散裝置，針對(duì)該裝置提出了一種基于Realizablek-ε模型的PVA纖維攪拌分散運(yùn)動(dòng)場(chǎng)分析方法。

2)當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速在300～800 rpm之間以整百數(shù)提高時(shí)，PVA纖維混合物的速度和湍流動(dòng)能增大，但當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速提高至700 rpm時(shí)，再提高攪拌軸轉(zhuǎn)速，PVA纖維混合物的速度和湍流動(dòng)能的增幅較小，同時(shí)攪拌軸轉(zhuǎn)速提高會(huì)增加攪拌分散裝置的功耗和PVA纖維發(fā)生纏繞的可能。綜合考慮PVA纖維攪拌分散均勻性和攪拌分散裝置能耗得出：理想攪拌軸轉(zhuǎn)速為700 rpm。

3)當(dāng)質(zhì)量比提高時(shí)， PVA纖維的攪拌分散作用增強(qiáng)，但質(zhì)量比提高至1∶45時(shí)，再提高質(zhì)量比對(duì)攪拌槽中PVA纖維混合物的速度和湍流動(dòng)能影響減弱，增幅緩慢，同時(shí)還會(huì)造成粉煤灰用量的增加和攪拌葉片迎風(fēng)面區(qū)域PVA纖維混合物的湍流動(dòng)能的小幅降低。綜合考慮PVA纖維攪拌分散均勻性和節(jié)約資源得出：理想質(zhì)量比為1∶45。