【摘要】：球磨機(jī)、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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的定量信息難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段獲取,因此數(shù)值模擬成為研究回轉(zhuǎn)筒內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)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(kuò)大,給數(shù)值模擬帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。采用GPU、GGPU、并行等常規(guī)高性能高效率計(jì)算手段雖然能一定程度上增加顆粒計(jì)算體系和提高計(jì)算效率,但一般顆粒體系規(guī)模難以突破千萬(wàn)量級(jí),與實(shí)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(jì)算體系的方法來(lái)對(duì)實(shí)際工業(yè)回轉(zhuǎn)筒進(jìn)行仿真研究。常見(jiàn)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(yùn)動(dòng)形態(tài)的尺度效應(yīng)是進(jìn)一步闡明筒內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)的必要途徑,也是解決顆粒計(jì)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(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真來(lái)對(duì)相似模型與原型間參數(shù)的縮比關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)對(duì)回轉(zhuǎn)筒內(nèi)顆粒脫離過(guò)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(duì)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(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)方案,研制了回轉(zhuǎn)筒內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)分析實(shí)驗(yàn)平臺(tái),設(shè)計(jì)并制備了三個(gè)不同大小的回轉(zhuǎn)筒,采用高速相機(jī)分別對(duì)筒內(nèi)單顆粒實(shí)驗(yàn)和多顆粒實(shí)驗(yàn)過(guò)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(yùn)動(dòng)軌跡和多顆粒拋落過(guò)程形成的顆粒簾輪廓,分析對(duì)比以驗(yàn)證所推導(dǎo)縮比關(guān)系的正確性。(3)以ABS顆粒為研究對(duì)象,首先通過(guò)排水法、刮片法、碰撞法、接觸摩擦法等方法測(cè)量了它的的物性參數(shù)和接觸參數(shù),建立了對(duì)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(guò)對(duì)比仿真結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：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(jī)、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(lái)說(shuō)，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(yùn)動(dòng)情況復(fù)雜。以球磨機(jī)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(zhǎng)徑比可將其分為短磨機(jī)（長(zhǎng)徑比 2）、中長(zhǎng)磨機(jī)（長(zhǎng)徑比≈3）和長(zhǎng)磨機(jī)（長(zhǎng)徑比>4）。20 世紀(jì) 80 年代國(guó)際上曾有預(yù)測(cè)，合理范圍內(nèi)最大球磨機(jī)的直徑不應(yīng)超過(guò) 5米，否則球磨機(jī)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)影響其效率的蠕動(dòng)區(qū)。但實(shí)際上，球磨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)卻一直在朝大型化靠攏。目前我國(guó)的大型化磨機(jī)離國(guó)際水平還存在一定差距。迄今為止，我國(guó)最大的球磨機(jī)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(jī)[1]。

圖 1-2 PEPT 相機(jī)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(shí)驗(yàn)測(cè)量手段[11]在此種研究背景下，研究者開(kāi)始借助計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的手段對(duì)回轉(zhuǎn)筒內(nèi)的物料顆粒運(yùn)動(dòng)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(jī)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(shí)驗(yàn)測(cè)量手段[11]在此種研究背景下，研究者開(kāi)始借助計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的手段對(duì)回轉(zhuǎn)筒內(nèi)的物料顆粒運(yùn)動(dòng)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(hào)：2787054