螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)的仿真建模策略分析

張益維

(重慶三峽學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 重慶萬(wàn)州 404100)

目前規(guī)?；霓r(nóng)場(chǎng)和養(yǎng)殖場(chǎng)等均已采用糞污分離機(jī)對(duì)糞污進(jìn)行固液分離，通過(guò)目前的研究發(fā)現(xiàn)螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)的脫水率更高，[1-3]而螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)的螺旋結(jié)構(gòu)等需要利用流場(chǎng)分析，但一般的螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)的內(nèi)部流場(chǎng)負(fù)責(zé)，網(wǎng)格劃分過(guò)多，計(jì)算機(jī)計(jì)算緩慢，因此對(duì)螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并對(duì)螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)在FLUENT中的計(jì)算模型進(jìn)行了適當(dāng)切割，以保證計(jì)算的速度和準(zhǔn)確度。

1 螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)的幾何建模分析

結(jié)合重慶市開州區(qū)長(zhǎng)隆特種養(yǎng)殖基地提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，本文對(duì)該糞污分離機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)化建模。其中螺旋軸和螺旋葉片在建模中簡(jiǎn)化為一個(gè)整體，在實(shí)際應(yīng)用中，有兩種結(jié)構(gòu)，一種是整體式螺旋軸，即螺旋抽于螺旋葉片一體制作，主要優(yōu)點(diǎn)是制作安裝較為簡(jiǎn)便，但缺點(diǎn)也較為明顯，若螺旋葉片有損傷，必須整體替換，造成維修成本增加；另一種是套裝式螺旋軸，即螺旋軸和螺旋葉片分別制造再進(jìn)行安裝，其優(yōu)缺點(diǎn)與整體式螺旋軸剛好相反，其制造更為復(fù)雜，但維修簡(jiǎn)便，可以直接對(duì)受損葉片進(jìn)行替換。

整體式螺旋軸與套裝式螺旋軸在流場(chǎng)分析中，并無(wú)較大區(qū)別，只有在對(duì)螺旋軸進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)，兩種不同的螺旋軸區(qū)別較大，本文主要是對(duì)螺旋壓縮機(jī)的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析，故而在建模中未區(qū)分整體式螺旋軸和套裝式螺旋軸，均采用了整體式建模。

2 螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)的流道模型分析

為對(duì)螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)進(jìn)行流場(chǎng)分析，需要求出其流場(chǎng)區(qū)域即獲得螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)的流道模型。

圖1 螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)流道模型

3 螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)的網(wǎng)格劃分

為提高網(wǎng)格質(zhì)量，保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文采用了非均勻結(jié)構(gòu)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，在網(wǎng)格劃分中還需重點(diǎn)考慮的問(wèn)題有近壁面處由于黏性效應(yīng)對(duì)流場(chǎng)的影響。[4]由于該模型的網(wǎng)格過(guò)多，為解決普通工作站難以承受如此大規(guī)模的運(yùn)算，且運(yùn)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，本文采取了對(duì)該模型整體進(jìn)行切割的方式，在進(jìn)行仿真分析時(shí)，也按照該分段模型進(jìn)行，在中間段時(shí)，將前一段的出口結(jié)果作為下一段的入口邊界條件設(shè)置，依次進(jìn)行仿真分析。

4 螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)的仿真分析結(jié)果

結(jié)合重慶市開州區(qū)長(zhǎng)隆特種養(yǎng)殖基地提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)該模型進(jìn)行仿真分析，求解其內(nèi)部壓力及液體體積分布如圖5所示，出口處壓力變小，且由于螺旋軸的運(yùn)動(dòng)作用，在出口邊緣處造成了部分區(qū)域壓力較大的狀況；對(duì)于螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)內(nèi)部的固液分布狀態(tài)可見圖2（b）所示，由于篩網(wǎng)處流體可以流出導(dǎo)致流體在靠近篩網(wǎng)處分布較少，起到了固液分離的作用。

圖2 螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)仿真結(jié)果

5 結(jié)論

對(duì)于仿真分析的幾何建模和數(shù)值建模過(guò)程，應(yīng)結(jié)合仿真分析的目的有選擇的對(duì)實(shí)物和邊界條件等進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化結(jié)果應(yīng)做到不影響仿真分析的實(shí)際結(jié)果，能夠重現(xiàn)真實(shí)狀況，為相關(guān)分析做有力支撐。

螺旋壓榨式糞污固液分離機(jī)由于體積較大，且篩網(wǎng)較密，導(dǎo)致網(wǎng)格過(guò)多，為不影響對(duì)其壓榨性能分析，可采用合適的分段仿真的方式進(jìn)行仿真分析，保證其分析結(jié)果。