基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法

本发明属于建筑材料相关参数测试，具体涉及一种基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法。

背景技术：

1、立式行星搅拌机是一种应用范围广泛的高效强制型搅拌机，一般由低转速的公转太阳轮搅拌部件和高转速的自转行星轮搅拌部件两部分组成。行星搅拌机工作时，搅拌叶片一方面绕着自己的轴线转动，另一方面在公转盘的带动下绕着公转轴线转动，因此搅拌叶片的实际轨迹比较复杂，能够覆盖整个搅拌筒。在这种情况下，搅拌叶片能够对桶内所有物料进行充分的挤压和剪切，在短时间内进行有效搅拌，且具有维护保养方便，无抱轴问题、不会积料等特点。因此，行星搅拌机逐渐成为干硬性混凝土生产的主流设备。

2、此外，在混凝土工程施工过程中，混凝土良好的工作性能正变得越来越重要，

3、在施工现场，目前大多都是采用混凝土坍落度的方法去描述混凝土的工作性，但最终的测试结果非常依赖一线工作人员的规范操作，为了更加准确地描述混凝土的工作特性，逐渐开始有学者使用专业的混凝土流变仪去测试混凝土的流变参数，从而更好地描述混凝土的工作性，其中比较重要的参数就是混凝土的粘度。但目前只能对制备完成的混凝土采取流变仪进行粘度测试，无法得知搅拌过程中搅拌机内部混凝土粘度的变化，也成为工程技术上的一大难点，解决这个问题将对搅拌过程的指导意义重大。

4、由于行星搅拌机传统系统为周转轮系，造成行星搅拌机内部实际轨迹复杂，不能在行星搅拌机内部形成一个稳定的流场，因此不能借鉴普通流变仪的检测原理去实时检测搅拌机内部混凝土粘度的大小，如何在行星搅拌机上实时检测搅拌机内混凝土粘度的大小已经成为一个亟待解决的工程技术难点。

5、本发明项目来源：“泉州市科技计划资助”(2021c007r)。

技术实现思路

1、鉴于现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种基于fluent仿真的行星搅拌机内实时检测混凝土粘度的方法，解决了现有技术中存在的问题。

2、本发明解决其技术问题具体采用的技术方案是：

3、一种基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法，其特征在于：首先根据行星搅拌机搅拌叶片刮刀的实际大小建立三维模型，并导入流体仿真软件fluent中；在fluent中对刮刀模型进行不同密度、不同速度以及不同粘度的流体数值模拟仿真，建立行星搅拌机搅拌叶片刮刀的受力模型；基于搅拌机减速箱传动系统分析，建立行星搅拌机主轴电机转速和搅拌机搅拌叶片刮刀的绝对速度的函数关系；建立搅拌叶片刮刀受力大小和行星搅拌机主轴电机扭矩大小的函数关系，通过确定混凝土密度和搅拌叶片刮刀绝对速度，建立行星搅拌机主轴电机扭矩值与行星搅拌机内混凝土粘度的函数关系；最终实现通过检测行星搅拌机的主轴电机扭矩的大小和主轴电机的转速以计算得到搅拌桶内不同搅拌时间点的混凝土粘度大小。

4、进一步地，包括以下步骤：

5、步骤s1：建立行星搅拌机搅拌叶片刮刀的三维模型，导入流体仿真软件fluent中；

6、步骤s2：对搅拌叶片刮刀模型进行不同密度流体仿真，建立刮刀模型受力大小和流体密度的函数关系；

7、步骤s3：对搅拌叶片刮刀模型进行不同流速流体仿真，建立刮刀模型受力大小和流体流速的函数关系；

8、步骤s4：对搅拌叶片刮刀模型进行不同粘度流体仿真，建立刮刀模型受力大小和流体粘度的函数关系；

9、步骤s5：建立搅拌叶片刮刀模型与流体密度、流体粘度和流体流速三者的函数关系；

10、步骤s6：基于搅拌机减速箱传动系统分析，建立行星搅拌机主轴电机转速和搅拌机搅拌叶片刮刀的绝对速度的函数关系；

11、步骤s7：建立行星搅拌机主轴电机扭矩大小和搅拌叶片刮刀受力大小的函数关系；

12、步骤s8：建立行星搅拌机主轴电机扭矩大小与行星搅拌机内混凝土粘度大小的函数关系。

13、进一步地，步骤s1具体包括：在三维建模软件中根据行星搅拌机搅拌叶片刮刀的实际大小建立三维模型，并将格式另存为stl格式，导入流体仿真软件fluent中，设置流体域大小和形状以及进行网格划分，在fluent中完成对搅拌叶片刮刀模型前处理设置。

14、进一步地，步骤s2具体包括：在fluent求解器中设置计算模型、边界条件、求解方法、残差和流体参数；通过固定流体粘度和速度，根据实际混凝土密度范围设置多组不同流体密度大小进行刮刀受力模型仿真；在fluent后处理中统计流体密度和搅拌叶片刮刀模型受力大小的关系，利用数学建模和计算软件对统计数据进行表达式拟合，建立刮刀模型受力大小和流体密度的准确的函数关系。

15、进一步地，步骤s3具体包括：通过固定流体密度和粘度，根据实际行星搅拌机搅拌刮刀绝对速度范围设置多组不同流体流速大小进行刮刀受力模型仿真；在fluent后处理中统计流体流速和搅拌叶片刮刀模型受力大小的关系，利用数学建模和计算软件对统计数据进行表达式拟合，建立刮刀模型受力大小和流体流速的准确的函数关系。

16、进一步地，步骤s4具体包括：通过固定流体密度和流速，根据搅拌机内实际混凝土粘度范围设置多组不同流体粘度大小进行刮刀受力模型仿真；在fluent后处理中统计流体粘度和搅拌叶片刮刀模型受力大小的关系，利用数学建模和计算软件对统计数据进行表达式拟合，建立刮刀模型受力大小和流体粘度的准确的函数关系。

17、进一步地，步骤s5具体包括：根据步骤s2-步骤s4得到的刮刀模型受力大小分别单独与流体密度，流速和粘度之间的准确的函数关系，综合考虑三者的影响，建立搅拌叶片刮刀模型与流体密度、流体粘度和流体流速三者相关的函数关系。

18、进一步地，步骤s6具体包括：基于行星搅拌机减速箱传动系统分析，建立行星搅拌机主轴电机转速和搅拌机搅拌叶片刮刀的绝对速度相关的函数关系。

19、进一步地，步骤s7具体包括：基于行星搅拌机减速箱传动系统和机械结构尺寸分析，建立搅拌叶片刮刀受力大小和行星搅拌机主轴电机扭矩大小相关的函数关系。

20、进一步地，步骤s8具体包括：在单次搅拌筒内混凝土密度确定已知情况下，根据步骤s6确定各搅拌叶片刮刀的绝对速度，最终得到行星搅拌机主轴电机扭矩与行星搅拌机内混凝土粘度相关的函数关系；通过检测行星搅拌机主轴电机扭矩的大小和主轴电机的转速得到搅拌机内混凝土粘度的大小。

21、与现有技术相比，本发明及其优选方案的主要优势在于：通过检测行星搅拌机的主轴电机扭矩的大小和主轴电机的转速可得到搅拌桶内实时的混凝土粘度大小，对指导行星搅拌机搅拌过程意义重大。

22、其至少具有以下有益效果：

23、1.基于流体数值模拟仿真可快速准确地得到行星搅拌机搅拌叶片刮刀受力模型；

24、2.基于行星搅拌机主轴电机扭矩与行星搅拌机内混凝土粘度相关的函数关系，可根据主轴电机扭矩和转速就可得到整个搅拌过程中搅拌筒内混凝土粘度的变化曲线。

技术特征：

1.一种基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法，其特征在于：首先根据行星搅拌机搅拌叶片刮刀的实际大小建立三维模型，并导入流体仿真软件fluent中；在fluent中对刮刀模型进行不同密度、不同速度以及不同粘度的流体数值模拟仿真，建立行星搅拌机搅拌叶片刮刀的受力模型；基于搅拌机减速箱传动系统分析，建立行星搅拌机主轴电机转速和搅拌机搅拌叶片刮刀的绝对速度的函数关系；建立搅拌叶片刮刀受力大小和行星搅拌机主轴电机扭矩大小的函数关系，通过确定混凝土密度和搅拌叶片刮刀绝对速度，建立行星搅拌机主轴电机扭矩值与行星搅拌机内混凝土粘度的函数关系；最终实现通过检测行星搅拌机的主轴电机扭矩的大小和主轴电机的转速以计算得到搅拌桶内不同搅拌时间点的混凝土粘度大小。

2.根据权利要求1所述的基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法，其特征在于,包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法，其特征在于：步骤s1具体包括：在三维建模软件中根据行星搅拌机搅拌叶片刮刀的实际大小建立三维模型，并将格式另存为stl格式，导入流体仿真软件fluent中，设置流体域大小和形状以及进行网格划分，在fluent中完成对搅拌叶片刮刀模型前处理设置。

4.根据权利要求2所述的基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法，其特征在于：步骤s2具体包括：在fluent求解器中设置计算模型、边界条件、求解方法、残差和流体参数；通过固定流体粘度和速度，根据实际混凝土密度范围设置多组不同流体密度大小进行刮刀受力模型仿真；在fluent后处理中统计流体密度和搅拌叶片刮刀模型受力大小的关系，利用数学建模和计算软件对统计数据进行表达式拟合，建立刮刀模型受力大小和流体密度的准确的函数关系。

5.根据权利要求2所述的基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法，其特征在于：步骤s3具体包括：通过固定流体密度和粘度，根据实际行星搅拌机搅拌刮刀绝对速度范围设置多组不同流体流速大小进行刮刀受力模型仿真；在fluent后处理中统计流体流速和搅拌叶片刮刀模型受力大小的关系，利用数学建模和计算软件对统计数据进行表达式拟合，建立刮刀模型受力大小和流体流速的准确的函数关系。

6.根据权利要求2所述的基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法，其特征在于：步骤s4具体包括：通过固定流体密度和流速，根据搅拌机内实际混凝土粘度范围设置多组不同流体粘度大小进行刮刀受力模型仿真；在fluent后处理中统计流体粘度和搅拌叶片刮刀模型受力大小的关系，利用数学建模和计算软件对统计数据进行表达式拟合，建立刮刀模型受力大小和流体粘度的准确的函数关系。

7.根据权利要求2所述的基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法，其特征在于：步骤s5具体包括：根据步骤s2-步骤s4得到的刮刀模型受力大小分别单独与流体密度，流速和粘度之间的准确的函数关系，综合考虑三者的影响，建立搅拌叶片刮刀模型与流体密度、流体粘度和流体流速三者相关的函数关系。

8.根据权利要求2所述的基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法，其特征在于：步骤s6具体包括： 基于行星搅拌机减速箱传动系统分析，建立行星搅拌机主轴电机转速和搅拌机搅拌叶片刮刀的绝对速度相关的函数关系。

9.根据权利要求2所述的基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法，其特征在于：步骤s7具体包括： 基于行星搅拌机减速箱传动系统和机械结构尺寸分析，建立搅拌叶片刮刀受力大小和行星搅拌机主轴电机扭矩大小相关的函数关系。

10.根据权利要求2所述的基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法，其特征在于：步骤s8具体包括：在单次搅拌筒内混凝土密度确定已知情况下，根据步骤s6确定各搅拌叶片刮刀的绝对速度，最终得到行星搅拌机主轴电机扭矩与行星搅拌机内混凝土粘度相关的函数关系；通过检测行星搅拌机主轴电机扭矩的大小和主轴电机的转速得到搅拌机内混凝土粘度的大小。

技术总结
本发明提供一种基于fluent仿真的行星搅拌机内混凝土粘度的测量方法，首先根据行星搅拌机搅拌叶片刮刀的实际大小建立三维模型；在fluent中对刮刀模型进行不同密度、不同速度以及不同粘度的流体数值模拟仿真，建立行星搅拌机搅拌叶片刮刀的受力模型；基于搅拌机减速箱传动系统分析，建立行星搅拌机主轴电机转速和搅拌机搅拌叶片刮刀的绝对速度的函数关系；建立搅拌叶片刮刀受力大小和行星搅拌机主轴电机扭矩大小的函数关系，通过确定混凝土密度和搅拌叶片刮刀绝对速度，建立行星搅拌机主轴电机扭矩值与行星搅拌机内混凝土粘度的函数关系；实现通过检测行星搅拌机的主轴电机扭矩的大小和主轴电机的转速以计算得到搅拌桶内不同搅拌时间点的混凝土粘度大小。

技术研发人员：陈淑梅,卢文敏,郑基楠,廉瑞亮
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15