針對(duì)顆粒在回轉(zhuǎn)滾筒內(nèi)混合這一共性問(wèn)題,建立了顆粒運(yùn)動(dòng)的離散元模型及"顆粒接觸數(shù)"標(biāo)定法,從混合形態(tài)、混合指數(shù)、直刮板結(jié)構(gòu)幾個(gè)方面研究了物料的混合特性。結(jié)果表明:顆粒A-A或B-B接觸數(shù)隨時(shí)間逐漸減小,變化規(guī)律類似于衰減震蕩曲線,A-B接觸數(shù)隨時(shí)間逐漸增大,變化規(guī)律類似于指數(shù)函數(shù)形式;直刮板增混作用明顯,存在最優(yōu)的刮板高度和數(shù)量,在滾筒轉(zhuǎn)速為15 r/min、顆粒粒徑為3 mm、填充率為33%條件下,10塊高度比為0.6的直刮板對(duì)混合促進(jìn)效果最大,比無(wú)刮板時(shí)混合速率系數(shù)增大約24%。
【部分圖文】：

物料在回轉(zhuǎn)窯橫截面內(nèi)的混合形態(tài)如圖1所示,筒體轉(zhuǎn)速ω=15 r/min,填充率f=33%,物料運(yùn)動(dòng)符合滾落模式。在初始階段,2種顆粒個(gè)數(shù)相同,呈對(duì)稱分布(t=0 s)。最初一段時(shí)間,在摩擦力作用下2種顆粒貼壁運(yùn)動(dòng);隨著左側(cè)顆粒群率先運(yùn)動(dòng)至物料斜面頂端,由于顆粒間的摩擦力無(wú)法克服重力沿剪切面的分量而向下滾落,物料在活動(dòng)層首先進(jìn)行混合,活動(dòng)層2種顆粒的分界線逐漸拉長(zhǎng),平流層顆粒間仍無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)(t=1 s);隨著滾筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),平流層顆粒逐漸進(jìn)入活動(dòng)層參與混合,2種顆粒的分界線不斷拉長(zhǎng)并逐漸模糊(t=5 s);之后,顆粒反復(fù)在平流層與活動(dòng)層中循環(huán),最終達(dá)到充分混合狀態(tài)(t=15 s);增加刮板后,顆粒運(yùn)動(dòng)情況被改變,處于左上端的部分顆粒仍沿斜面滾落,另一部分顆粒則被刮板提升至更高高度并拋落,物料周期性被揚(yáng)起-拋落的過(guò)程會(huì)對(duì)物料混合產(chǎn)生重要影響。3.2 接觸數(shù)和混合指數(shù)

顆粒A和B為同一物料,均為1 800個(gè),物料接觸數(shù)隨時(shí)間的變化如圖2所示。由圖2可知:初始時(shí)刻,接觸只發(fā)生在顆粒A或B的內(nèi)部,A和B只有交界處產(chǎn)生了接觸,此時(shí)沒(méi)有混合發(fā)生;伴隨著滾筒周期性旋轉(zhuǎn),顆粒也逐漸發(fā)生了混合,A-A或B-B接觸數(shù)逐漸減小,變化規(guī)律類似于衰減震蕩曲線,最終接觸數(shù)在1 200左右波動(dòng);隨著A-B接觸數(shù)逐漸增大,變化規(guī)律類似于指數(shù)函數(shù)形式,最終接觸數(shù)在2 400左右波動(dòng);當(dāng)A-B接觸數(shù)達(dá)到最大狀態(tài)時(shí),可以判定物料達(dá)成了充分混合,無(wú)刮板時(shí),物料約10 s左右達(dá)到充分混合,有刮板時(shí),充分混合時(shí)間約為8 s,這也說(shuō)明了刮板對(duì)物料混合的促進(jìn)作用;有刮板時(shí),A-B接觸數(shù)穩(wěn)定后波動(dòng)的振幅要比無(wú)刮板條件下的大,這是刮板周期性的揚(yáng)料效果導(dǎo)致。根據(jù)混合指數(shù)公式(3)計(jì)算,物料混合指數(shù)M隨滾筒旋轉(zhuǎn)不斷增大,達(dá)到一定數(shù)值后逐漸穩(wěn)定,穩(wěn)定值為0.5,此后在該數(shù)值附近以一定振幅小范圍波動(dòng)。物料混合指數(shù)M隨時(shí)間的變化趨勢(shì)與指數(shù)函數(shù)較為類似,使用Matlab中的數(shù)據(jù)擬合工具箱(Curve Fitting)進(jìn)行最小二乘法擬合。初始時(shí)刻(t=1 s),A-B間不發(fā)生混合,M=0;無(wú)窮大時(shí)刻(t=∞),A-B間充分混合,M=0.5。由邊界條件自定義擬合函數(shù)(Custom Equation)如下:

當(dāng)物料填充率為33%,轉(zhuǎn)速為15 r/min,料床深140 mm,揚(yáng)料板高度比分別取0.5,0.6,0.7,0.8和0.9時(shí),物料混合指數(shù)M隨時(shí)間的變化如圖3所示。將該組曲線按公式(5)擬合,確定系數(shù)分別為0.936,0.959,0.956,0.961,0.950和0.959,擬合優(yōu)度較好,無(wú)揚(yáng)料板存在時(shí),混合速率系數(shù)為0.174,擬合后的混合速率系數(shù)隨高度比的變化如圖4所示。由圖4可知:隨著揚(yáng)料板高度增大,混合速率系數(shù)逐漸變大,在δ=0.6時(shí)達(dá)到最大(0.192);此后進(jìn)一步增大揚(yáng)料板高度,混合速率系數(shù)逐漸變小, δ=0.9時(shí)混合效果比無(wú)刮板時(shí)更差。這說(shuō)明刮板過(guò)小時(shí)對(duì)混合影響微弱,過(guò)大時(shí)甚至阻礙混合,存在1個(gè)最優(yōu)的刮板高度,在該條件下混合效率比無(wú)刮板時(shí)提升約10%。圖4 高度比δ對(duì)混合速率系數(shù)的影響
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