【摘要】：球磨機、回轉(zhuǎn)窯等回轉(zhuǎn)設(shè)備廣泛應(yīng)用于水泥、化工、礦業(yè)和制藥行業(yè),主要用于物料的粉磨、混合、煅燒等,筒內(nèi)顆粒運動情況與物料破碎效果、混合質(zhì)量等產(chǎn)品性能的優(yōu)劣及工作效率緊密相關(guān)。由于筒內(nèi)顆粒運動的定量信息難以通過實驗手段獲取,因此數(shù)值模擬成為研究回轉(zhuǎn)筒內(nèi)顆粒運動的重要手段。隨著工業(yè)回轉(zhuǎn)筒設(shè)備不斷朝著大型化的方向發(fā)展,其內(nèi)部顆粒規(guī)模和體系不斷擴大,給數(shù)值模擬帶來了巨大的挑戰(zhàn)。采用GPU、GGPU、并行等常規(guī)高性能高效率計算手段雖然能一定程度上增加顆粒計算體系和提高計算效率,但一般顆粒體系規(guī)模難以突破千萬量級,與實際回轉(zhuǎn)筒內(nèi)的顆粒數(shù)量依然存在巨大差距。為此,研究者不得不采用縮小計算體系的方法來對實際工業(yè)回轉(zhuǎn)筒進(jìn)行仿真研究。常見的方法有縮小回轉(zhuǎn)筒尺寸和增大顆粒粒徑等。深入研究縮小后回轉(zhuǎn)筒內(nèi)顆粒運動形態(tài)的尺度效應(yīng)是進(jìn)一步闡明筒內(nèi)顆粒運動的必要途徑,也是解決顆粒計算體系規(guī)模的有效方法。本文提出了兩種縮小回轉(zhuǎn)筒內(nèi)顆粒系統(tǒng)規(guī)模的方法,推導(dǎo)了縮比后的相似模型與原模型的物理參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的縮比關(guān)系,并結(jié)合實驗和數(shù)值仿真來對相似模型與原型間參數(shù)的縮比關(guān)系進(jìn)行驗證,主要研究內(nèi)容如下:(1)對回轉(zhuǎn)筒內(nèi)顆粒脫離過程進(jìn)行受力分析,建立了顆粒脫離角與回轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速、重力加速度以及回轉(zhuǎn)筒半徑之間的相互作用關(guān)系;并據(jù)此對相似模型和原型的相關(guān)物理參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的縮比關(guān)系進(jìn)行了推導(dǎo)。(2)基于所推導(dǎo)的參數(shù)縮比關(guān)系,設(shè)計了一系列實驗方案,研制了回轉(zhuǎn)筒內(nèi)物料運動分析實驗平臺,設(shè)計并制備了三個不同大小的回轉(zhuǎn)筒,采用高速相機分別對筒內(nèi)單顆粒實驗和多顆粒實驗過程進(jìn)行了跟蹤拍攝;提取了單顆粒在不同回轉(zhuǎn)筒內(nèi)的運動軌跡和多顆粒拋落過程形成的顆粒簾輪廓,分析對比以驗證所推導(dǎo)縮比關(guān)系的正確性。(3)以ABS顆粒為研究對象,首先通過排水法、刮片法、碰撞法、接觸摩擦法等方法測量了它的的物性參數(shù)和接觸參數(shù),建立了對應(yīng)的DEM模型。隨后分別建立了縮小回轉(zhuǎn)筒和放大顆粒粒徑的相似模型,基于所推導(dǎo)的縮比關(guān)系,修正了相似模型的參數(shù),進(jìn)行了多組數(shù)值仿真。最后通過對比仿真結(jié)果進(jìn)一步驗證所推導(dǎo)的縮比關(guān)系的正確性和可行性。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH113.2
【圖文】：

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論1.1 研究背景及意義球磨機、回轉(zhuǎn)窯等回轉(zhuǎn)筒設(shè)備廣泛應(yīng)用于化工、水泥、礦業(yè)和制藥行業(yè)，主要用于散體物料的加熱、研磨、混合、煅燒、干燥等。一般來說，工業(yè)回轉(zhuǎn)筒設(shè)備體積龐大，內(nèi)部顆粒數(shù)量多且運動情況復(fù)雜。以球磨機為例，它是已破碎的物料進(jìn)一步粉碎的關(guān)鍵設(shè)備。按照長徑比可將其分為短磨機（長徑比 2）、中長磨機（長徑比≈3）和長磨機（長徑比>4）。20 世紀(jì) 80 年代國際上曾有預(yù)測，合理范圍內(nèi)最大球磨機的直徑不應(yīng)超過 5米，否則球磨機內(nèi)會出現(xiàn)影響其效率的蠕動區(qū)。但實際上，球磨機的發(fā)展趨勢卻一直在朝大型化靠攏。目前我國的大型化磨機離國際水平還存在一定差距。迄今為止，我國最大的球磨機是中信重工企業(yè)生產(chǎn)的規(guī)格為 7.32 m×10.68 m 的溢流型球磨機[1]。

圖 1-2 PEPT 相機在平行板間工作[2]圖 1-3 PIV 圖像[10](a) MRI 系統(tǒng) (b) 徑向偏析的 MRI 表現(xiàn)圖 1-4 MRI 實驗測量手段[11]在此種研究背景下，研究者開始借助計算機數(shù)值模擬的手段對回轉(zhuǎn)筒內(nèi)的物料顆粒運動情況進(jìn)行研究。常用的數(shù)值模擬方法如有限元法也曾被用于散料的研究[16]，然而散體物料是由許多顆粒組成的，并且顆粒間有不可忽略的相互作用，屬于聚集態(tài)物質(zhì)。顆

圖 1-2 PEPT 相機在平行板間工作[2]圖 1-3 PIV 圖像[10](a) MRI 系統(tǒng) (b) 徑向偏析的 MRI 表現(xiàn)圖 1-4 MRI 實驗測量手段[11]在此種研究背景下，研究者開始借助計算機數(shù)值模擬的手段對回轉(zhuǎn)筒內(nèi)的物料顆粒運動情況進(jìn)行研究。常用的數(shù)值模擬方法如有限元法也曾被用于散料的研究[16]，然而散體物料是由許多顆粒組成的，并且顆粒間有不可忽略的相互作用，屬于聚集態(tài)物質(zhì)。顆

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本文編號：2787054