基于Flow Simulation的物料悬浮速度测试装置的流体分析

0 引言

气力技术由于设备简单、造价低、环保节能、控制方便等特点，被广泛应用在各种领域。如，在农业工程领域，可以利用气流对谷物进行清洁和选择。在粮食和饲料加工工业中，可以利用气流实现物料的输送；在各种工程中，可以利用气流实现除尘。物料的悬浮速度是指物料被竖直向上的气流吹拂而处于悬浮状态时的气流速度［1］。悬浮速度是气力设备的一项初始参数，也是影响气力设备工艺效果的重要因素［2～4］。 因此，物料悬浮速度的测定对气力设备的设计、生产具有非常重要的意义。目前，国内外对物料悬浮速度的测试主要以机械机构控制和理论计算为主。该方法不仅操作繁琐，计算结果的精度还较低［5～6］。 为改善测试结果的精度和操作的便捷性，需要对物料悬浮速度测试装置进行改进和优化。笔者应用Flow Simulation流体仿真软件，对测试装置套筒的气流进行流体分析，以期为物料悬浮速度测试装置的改进和优化提供参考。

1 物料悬浮速度测试装置的结构和工作原理

1.1 物料悬浮速度测试装置的结构

物料的重力等于物料所承受的浮力与绕流阻力之和。由于物料的形状不规则，并且受水分的影响较大，因此，物料悬浮速度的理论计算难度大，一般通过仪器设备测试获得。物料悬浮速度的测试装置主要由风量调节装置、风机、测试套筒、风速测试仪、光源、透镜、光电传感器和单片机等组成 （如图1所示）。测试套筒上部为上稳流管，中部为锥筒，下部为下稳流管和集流罩。上稳流管和下稳流管可以减小紊流对测试效果的影响。集流罩安装在下稳流管的底部，其作用使气流尽量为层流，从而保证测试结果的准确性。锥筒的作用是使气体的速度范围变宽，以便于测量各种物料的悬浮速度［7～8］。

  

图1 物料悬浮速度测试装置结构示意图Fig.1 Material suspension speed test device structure

 

1.风量调节装置；2.风机；3.上稳流管；4.物料悬浮套筒；5.锥筒；6.透镜；7.光电传感器；8.单片机；9.光源；10.风速测试仪；11.物料放入窗口；12.物料托网；13.下稳流管；14.集流罩

1.2 物料悬浮速度测试装置的工作原理

在测试物料的悬浮速度时，先将物料放置在测试装置的下稳流管内，然后打开风机，并调节风量，控制风速。当物料悬浮于锥筒某一位置时，记录锥筒下端口处的气流速度。由于锥筒不同高度处的截面不同，所以其内的风速也会随高度而变化［9］。于是，通过调整风速可以调整物料在锥筒内的悬浮位置。当物料悬浮于某一特定位置时，光源发出的光线被物料遮挡，光电传感器感受到物料的位置，单片机记录下风速测试仪的读数。根据锥筒内气流速度的变化规律，就可以计算出物料悬浮处的气流速度（即悬浮速度）。

以锥筒内的气体为研究对象，根据质量守恒定律，可以列出如式（1）所示的表达式［10］。

汾渭平原是黄河流域汾河谷地和渭河平原及其台塬阶地的总称，北起山西省代县，南抵陕西省秦岭山脉，西至陕西省宝鸡市，呈东北-西南方向分布，包括山西省和陕西省的西安、咸阳、渭南、运城、临汾、太原等11个地市，总面积近7万平方千米，位列中国第四大平原，也是黄河中游地区最大的冲积平原。本研究区域包括太原盆地、临汾盆地以及以西安为中心的渭河平原。图1所示为汾渭平原地形及主要城市分布情况。

 

参考文献：

与前代有很大不同的是，北宋中期开始，理学家的“斥巧”而“尚拙”观念，在承继前代的基础上，重视了“巧”“拙”与道德伦理的关联。可以说，理学家之“巧”“拙”观念，是与推崇“质朴”“本真”等文化传统，警惕“作伪”、过度“谋划”等违背道德伦理、政治伦理之行为方式，以及背离“中和”之儒学基本观念等密切相关的。对此，相关文献可参阅本文前述“崇拙”问题的探讨，此不赘述。

故式 （1）可简化为式（2）。

 

对于锥筒，下端口截面和距其h高度的截面存在式（3）所示的关系。

 

式中：A1为锥筒下端口的横截面积，m2；υ1为锥筒下端口的气流速度，m／s；A2为距锥筒下端口高h处横截面的面积，m2；υ2为距锥筒下端口高h处横截面的气流速度，m／s。

 

式中：为距锥筒下端口高h处横截面的气流平均速度，m ／s；ρ1为锥筒下端口的气流密度，kg／m3；ρ2为距锥筒下端口高h处横截面的气流密度，kg／m3；

新型降血糖化合物G004的遗传毒性与生殖毒性研究…………………………………………………… 蔡 鸣等（22）：3078

令锥筒下端口横截面的半径为r1距锥筒下端口高h处横截面的半径为r2，锥筒轴截面上母线与锥筒轴线之间的夹角为 θ，则A1=πr12，A2=πr22=π（htanθ+r1）2。 假设锥筒内的空气密度不变，由式（4）可得出式（5）。

 

由式（5）可知，只需测出锥筒下端口处气流的速度，再根据锥筒的几何尺寸和物料距锥筒下端口的高度，就可算出物料的悬浮速度。

测试装置以锥筒为基础，锥筒内的气流能否达到预期的速度分布还需要对锥筒内气体的流动情况进行分析，以验证锥筒结构是否能够用于悬浮速度的测试。

据调查，农村幼儿园两教一保、两教两保的比例合计仅为5.46%，师幼比1∶10以下幼儿园也仅为3.64%，具有事业编制的教师比例为1.82%，持有教师资格证者为36.36%，小学高级职称和一级职称教师占比都是0.00%。可见，农村幼儿教师不仅数量缺口巨大，而且优质教师资源缺乏严重。

2 测试装置流体分析的目标和模型

2.1 流体分析的目标

由于该测试装置是通过测试气体的流速而获得物料悬浮速度的，所以，在套筒轴向对称中心面位置取截面，观察该截面上的速度情况。由于套筒壁对气流有黏滞阻力，套筒内相同高度H处的气流速度是否一致将会影响测试结果的精度。因此，以套筒轴线为中心，在下稳流管的半径范围内，等间距取5个位置（分别用径向位置1、径向位置2、径向位置3、径向位置4、径向位置5表示），分析套筒内气流速度的轴向变化规律。另外，在套筒轴线方向上也等间距取5个位置（分别用轴向位置1、轴向位置2、轴向位置3、轴向位置4、轴向位置5表示），分析套筒内气流速度的径向变化规律。

由于测速装置需要能实现风速的调节，因此需要研究不同风量开度下的气流速度变化规律。本研究分别对5种开度工况下 （20%、40%、60%、80%和100%）的下稳流管端口处的气流速度进行对比，以找出风量开度与气流速度的关系。

2.2 模型的建立

在Solidworks软件中，创建测试套筒和风量调节装置的三维模型。其中，风量调节装置由固定片和活动片两部分组成，两者同轴安装，活动片可绕轴旋转，其结构如图2所示。固定片和活动片上均有扇形豁口，当两者的豁口部分对齐时，气流通过面积达到最大。当活动片旋转时，固定片和活动片上的豁口错开，气流通过面积得到调整。因此，可通过控制活动片相对于固定片的旋转角度，实现风量的控制。

  

图2 风量调节装置结构示意图Fig.2 Air regulation device structure

2.3 参数的确定

由图5可以看出，下稳流管内的速度较高；在锥筒内，气流速度随着锥筒高度的增加不断下降，且锥筒轴线附近气流速度较高，距离轴线越远，气流速度越低；在锥筒中下部径向一定范围内，气流速度等值线呈近似水平状，随着锥筒高度的增加，气流速度等值线呈山峰状。气流速度等值线呈近似水平状。这说明，在同一高度，气流速度一致性较好。这有利于悬浮速度的测量。因此，测试悬浮速度时，将物料悬浮于锥筒中下部，测试效果较好。

3 分析结果

3.1 不同位置气流速度分析

不同位置的气流速度变化曲线如图3和图4所示。

  

图3 径向5个位置的速度曲线Fig.3 Five location speed curves of radial direction

由图3可以看出，在锥筒范围内，沿套筒轴向的气流速度变化趋势基本一致，沿锥筒高度方向上，锥筒内的气流速度近似于线性变化。这与理论分析结果一致。径向位置1至径向位置5的速度曲线按顺序由高往低排列。这说明，锥筒轴线附近气流速度较高，距离轴线越远，速度下降越多。径向位置1、径向位置2和径向位置3的速度曲线重合较为明显，在锥筒高度0～0.6m范围内，基本重合在一起；0.6～2m范围内，曲线开始分开，且有随着锥筒高度的变化，速度差逐渐增大的趋势。在锥筒最上部，径向位置1和径向位置2、径向位置2和径向位置3的速度差均为0.15 m／s左右。这说明，径向位置1、径向位置2和径向位置3的气流速度基本相等，一致性好。在下稳流管与锥筒交界处，与径向位置1、径向位置2和径向位置3种的气流速度相比，径向位置4、径向位置5的气流速度较低，且沿着锥筒高度的增加，气流速度下降明显。在锥筒最上部，径向位置3与径向位置4的气流速度差为0.6 m／s，径向位置4与径向位置5的气流速度差为0.479m／s。这说明，径向位置4和径向位置5距离锥筒轴线较远，速度差较大，气流速度的一致性较差。

由图4可以看出，由于轴向各位置截面的半径不同，各曲线长度也不相同。5条轴向位置曲线在套筒轴线长度0～0.2 m范围内，轴向位置1至轴向位置5的气流速度曲线按顺序由高向低排列。这说明，随着锥筒高度的增加，气流速度越来越低。在0～0.2 m范围内，5条曲线比较平缓。在0.2 m左右，轴向位置2、轴向位置3、轴向位置4的速度曲线陡峭下降。这说明，以锥筒轴线为中心，在半径为0.2 m的圆柱范围内，气流速度的一致性较好；大于0.2 m时，由于接近锥筒壁，气流速度下降较快。

通过对图3和图4的分析可以看出，随着锥筒高度的增加，气流速度呈线性规律逐渐下降；随着与套筒轴线距离的增加，气流速度减小。以轴线为中心，在半径为0.2 m的圆柱范围内，气流速度变化一致性好，比较适合用于悬浮速度的测试。

又一次陈留送花给易非，装作花粉过敏而死的时候，易非试了试这招，果然有用，陈留竖起左手来，说：“我觉得……我还可以抢救一下……”

  

图4 轴向5个位置的速度曲线Fig.4 Five location speed curves of axial direction

3.2 风量调节效果分析

在 5种开度（100%、80%、60%、40%、20%）工况下，下稳流管端口处的气流速度云图如图5所示。

套筒内的气流是由风机产生的。为使套筒内产生足够大的气流速度，需要根据套筒的几何尺寸选择风机［11～12］。本研究选择的风机为 CBZ－40A 型轴流风机，风机风量为 6 025 m3／h，转速为 1 450 r／min，全压为140.5 Pa，叶轮直径为560 mm。流体介质为空气，参考密度为1.2 kg／m3，出口处压强为101 325 Pa，环境温度为25℃。

对比不同风量调节装置开度的气流速度云图可知，随着风量调节装置开度的增加，锥筒下部的气流速度也增加。应用Solidworks软件中的探测器对锥筒下端口处的气流速度进行探测，可得到如图6所示的风量开度与气流速度的对应关系曲线。

  

图5 不同风量开度下的气流速度云图Fig.5 Airflow speed cloud picture of different air volume

  

图6 风量开度与锥筒下端口处气流速度Fig.6 Airflow speed at the bottom of cone and air opening

由图6可知，风量开度与锥筒下端口处的气流速度近似为线性关系。因此，通过调节风量开度，能够有效调节锥筒内的气流速度。

4 结语

宜居城市科学评价指标包括社会文明度、经济富裕度、环境优美度、资源承载度、生活便宜度、公共安全度六部分。考虑到该地区提出了打造宜居和谐城市的发展规划，矿区规划环评在指标选取上主要选择了环境优美度、资源承载度的部分指标。

［4］ 苏微，高筱钧，任闯，等.种子颗粒群的悬浮速度模拟预测方法［J］.华南农业大学学报，2016，37（1）：110－116.

（1）随着锥筒高度的增加，气流速度呈线性规律下降。距离套筒轴线越近，气流速度越高，距离套筒轴线越远，气流速度越低。

（2）以套筒轴线为中心，在半径为0.2 m的圆柱范围内，气流速度变化的一致性好。在锥筒中下部，径向一定范围内的气流速度等值线呈近似水平状，在同一高度，气流速度的一致性较好，有利于悬浮速度的测量。

（3）风量开度与锥筒下端口处的气流速度近似为线性关系。因此，通过调节风量开度，能够有效调节锥筒内的气流速度。

在定常流动中，流场中任何空间点处的密度均

式中：ρ为流体密度，kg／m3；V 为流场中取任意形状的控制体的体积，m3；A为流场中取任意形状的控制体的表面积，m2；v 为流体速度，m／s；t为时间，s。

［1］ 张继成，陈海涛，纪文艺，等.大豆脱出物悬浮速度试验研究［J］.农机化研究，2013，35（4）：127－131.

传统的填鸭式教学已经不能满足当前的教学形式，在如今社会经济形势和新课改的形势下，培养学生自主学习能力已经成为义务教育最基本的工作。教师要注重培养学生的学习能力和方法，尤其是学困生，在为其打造更加舒适的学习环境的基础上培养学生的学习技巧和能力，遇到问题时给予一定帮助，是帮助学困生打破困境最重要的条件。所谓“授人以鱼不如授人以渔”，就是这个道理。

［2］ 彭建恩.物料悬浮速度的研究［J］.粮食科技与经济，2011，36（4）：36－37.

［3］ 王维，王亚妮，田智辉，等.物料悬浮速度测试台的设计与试验研究［J］.中国农机化学报，2016，37（6）：44－46.

综上所述，本文通过应用Flow simulation软件对物料悬浮速度测试装置的5个轴向位置和5个径向位置的气流速度进行分析，并分析不同风量开度对气流速度的影响，得出如下结论：

大观园是隐逸者的“世外桃源”。中国古代农耕社会是自给自足的小农经济生活方式，我国古代文化中一直以隐逸之士作为理想人格的象征，如：《诗经·卫风·考槃》对隐士的歌之，颂之，陶渊明只要“结庐在人境”就能“心远地自偏”，白居易“隐在留司官”，尽管各个时代隐士隐逸的方式不同，但对隐士隐逸行为的认同逐渐成为中国士大夫高雅的文化范式。所以人们为自己设计山水园林，以山水象征山林江湖，在自己创造的“第二自然”里构建精神上的“世外桃源”。

随着胶质瘤发病率的逐年增加，胶质瘤已威胁全球健康。现阶段手术治疗疗效明确，不同等级胶质瘤中以WHO Ⅳ级胶质母细胞瘤预后较差。是否复发仍无有效手段评估，故而对其发生发展的分子机制研究显得尤为重要。近年来人们发现lncRNA参与多种疾病的发生发展，如动脉粥样硬化[11]、肿瘤、糖尿病[12]。

［5］ 李保谦，王威立，栗文雁，等.物料悬浮速度测试方法研究［J］.农机化研究，2009，31（1）：123－125.

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国外学者认为人才集聚是人才流动的一种特殊形式，把人才集聚作为人才流动的一个方面来研究。英国学者Palivos提出，知识的溢出效应、地方公共货物的供应、规模经济、政府支持政策和收入水平是人才集聚的主要影响因素。Taylor和Lje Heron认为，人才集聚能够培育产业、企业家能力和有利的商业环境，进而进一步促进人才集聚。Scott和Storper的研究表明，高新技术会带来人才集聚效应，对相关行业带来巨大的辐射力，劳动分工特别是知识分工和市场主体交易活动的结构会产生纵向人才集聚[1]。

本文中的层次分析法为改进后的层次分析法[10-11]，主要思想是将聚类分析方法[12]的主要思想融入到层次分析法当中，然后依据每个指标的容量从而确定相应指标权重；并且根据相关判断矩阵的一致性程度从而判断指标权重，最后将两者结合得到最终的指标权重，最后与专家个体排序向量进行加权从而确定指标权重。因此，本文的层次分析法在考虑专家宝贵经验的同时，也应用统计分析方法中的聚类分析法以提高方法的准确性及尽量除去太多主观因素，从而提升该方法的可靠性。

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