<<
>>

5.1. Инженерная методика проектирования футеровок шаровых барабанных мельниц

Методика проектирования, разработанная в ходе выполнения данной работы, состоит из двух этапов: проведения численного моделирования движения мелю­щей загрузки и анализа полученных результатов для разработки последующих технических решений.

Создание численной модели движения мелющих тел.

В данном подразделе подробно описана последовательность проведения чис­ленного эксперимента (далее - симуляции) для изучения движения мелющей за­грузки в шаровой барабанной мельнице.

Создание и проведение численного эксперимента в программном комплексе EDEM проходит в несколько этапов [45]:

1. Создание геометрической модели исследуемого оборудования в CAD- системе и экспорт в универсальный формат;

2. Задание глобальных параметров: физико-механических свойств материалов,

коэффициентов восстановления при ударе, трения покоя и трения качения;

3. Задание размера мелющих тел и материала;

4. Импорт геометрической модели, задание кинематических параметров;

5. Задание массы загружаемых мелющих тел и материала; скорости генерации мелющих тел;

6. Запуск модели на расчет;

7. Анализ полученных результатов.

Создание геометрической модели

Г еометрия модели корпуса может быть задана в EDEM или импортирована из любого CAD пакета, который позволяет экспортировать данные в форматы Para­solid, Step203, Iges и т.д. Стандартными инструментами системы EDEM возможно создание только простых объемов: куба, цилиндра, пространственного много­угольника.

Задание исходных параметров

Создание новой симуляции в программном комплексе EDEM начинается с за­дания глобальных параметров во вкладке Globals. На этапе подготовительных операций задается имя и описание новой модели симуляции (рисунок5.1). Затем выбирается тип взаимодействия между объектами.

Рисунок 5.1 Вкладка глобальных параметров

Контактная модель описывает, как элементы ведут себя, когда они вступают в контакты друг с другом.

Каждая симуляция должна иметь как минимум один тип контакта моделей "частице к частице" или "частица к геометрии". EDEM постав-

142 ляется с несколькими контактными моделями. Также возможно добавить соб­ственные плагины контактов моделей.

Виды контактных моделей:

1. Hertz-Mindlin (no slip) - контакт без скольжения;

2. Hertz-Mindlin with Heat Conduction - с теплопроводностью;

3. Hertz-Mindlin with Bonding - связывает частицы вместе;

4. Linear Cohesion - модификация Hertz-Mindlin, с добавлением нормальной силы сцепления.

С учетом характера работы мельницы и поставленной задачи необходимо остановить выбор на взаимодействии "Частица к частице", тип контактной моде­ли Hertz-Mindlin (no slip).

Корпус, а также мелющие тела изготовлены из определенного материала. Все материалы и взаимодействия между ними должны быть определены в разделе Materials. Материалы могут быть созданы непосредственно в процессе моделиро­вания или импортированы из базы данных материалов.

Все материалы, определенные в разделе Materials (рисунок5.2), хранятся в модели симуляции.

Рисунок 5.2 Определение материалов и взаимодействия между ними

Для определения параметров взаимодействия (контакта) материалов корпуса и мелющих тел между собой задаются значения коэффициента восстановления 0,555 (Coefficient of restitution), коэффициента трения скольжения 0,74 (Coefficient of static friction) и коэффициента трения качения 0,002 (Coefficient of rolling friction). Взаимодействие должно быть определено для всех материалов, исполь­зуемых в модели, в том числе, когда материал вступает в контакт с самим собой: например, когда два мелющих тела сталкиваются друг с другом.

Параметры мелющих тел

Размер мелющих тел и их инерционные характеристики задаются на вкладке Particles. При создании численной модели процесса измельчения в мельнице зада­ется диаметр шаров, или же задаются различные диаметры шаров согласно спе­цификации ассортимента загрузки мельницы (рисунок5.3).

Рисунок 5.3 Задание параметров мелющих тел

Кинематические параметры

Тип движения исследуемой модели задается на вкладке Dynamics. Возможно­сти EDEM позволяют выбрать один из четырех типов движения:

1. линейное перемещение,

2. линейное вращение,

3. синусоидальное перемещение,

4. синусоидальное вращение.

Шаровая мельница вращается линейно с постоянной скоростью, выбирается тип - линейное вращение (рисунок5.4,а). Указывается время начала и конца движения. Они определяют точки начала и окончания вращения в модели. Начальное значение времени равно 1 с (это задано для того, чтобы генерация ме­лющих тел внутри корпуса мельницы была выполнена за первую секунду симу­

ляции), конечное - 10 с. Также предварительно необходимо определить рабочую частоту вращения корпуса мельницы.

В поле Initial Velocity необходимо ввести рабочую частоту вращения корпуса в рад/с.

Вращение корпуса мельницы происходит относительно оси Х с постоянной скоростью. Задание оси вращения производится в разделе Axis of Rotation(рису­нок5.4,б).

Рисунок 5.4 Вкладка задания характеристик движения

Параметры рабочей среды

Завершающим этапом создания численной модели является создание рабочей среды (рисунок5.5). Рабочая среда используется для определения где, когда и как частицы появляются в симуляции.

Рисунок 5.5 Определение параметров рабочих сред

При создании рабочей среды, должна быть задана скорость появления шаров и начальное время их генерации в пространстве.

Запуск модели на расчет

Запуск численной модели на расчет осуществляется во вкладке Simulator (ри­сунок5.6). Здесь необходимо установить значение временного шага, общее время симуляции, размер сетки и число ядер процессора.

Временной шаг - это промежуток времени между итерациями (расчетами). Шаг времени является фиксированным и остается постоянным на протяжении симуляции. Значение отображается как фактический шаг времени (в секундах) и в процентах от шага по времени Рэлея. Чем меньше шаг времени, тем больше кон­трольных точек производится. Большее количество контрольных точек произво­дит результаты с очень высоким уровнем детализации, однако время расчета си­муляции будет увеличиваться. Установим шаг времени равный 40% в строке Fixed Time Step, временной шаг в секундах вычисляется автоматически.

Рисунок 5.6 Запуск численной модели

Основной вычислительной задачей в симуляции является выявление контактов между телами. С помощью деления области на ячейки сетки, симулятор может проверить каждый элемент, а анализировать только те, которые содержат два или более элементов (и возможные контакты), тем самым уменьшая время на обработ­ку данных. Результаты, полученные от симуляции, не зависят от числа ячеек сетки, только время, необходимое для их достижения. С уменьшением ячейки сетки, меньше элементов и контактов относятся к каждой ячейке сетки, поэтому задача проще решается. Чем меньше частиц в ячейке сетки, тем более эффективна симу­

ляция. Если в некоторых из ячеек сетки содержится не более одной частицы и не выявлено никаких контактов, то моделирование будет проходить быстрее. Идеали­зированная длина ячейки сетки является 2Rmin, где Rminявляется минимальным ра­диусом частицы в симуляции. Если это приводит к большим объемам памяти рас­пределения, чем доступно, необходимо уменьшить число ячеек сетки, чтобы избе­жать трудоемкости обмена оперативной памяти на жестком диске [120].

После выполнения выше описанных операций переходим к запуску симуляции на выполнение. Чтобы визуально следить за ходом симуляции, выберем опцию автоматического обновления Auto Update на панели управления View Control (ри­сунок5.7).

Чтобы ускорить процесс симуляции, необходимо отключить Data Browser и снять флажок с опции автоматического обновления.

Рисунок 5.7 Панель управления визуализацией

Анализ полученных результатов

Для изучения результатов симуляции используется пост-процессор EDEM An­alyst, который позволяет воспроизводить симуляцию во времени, генерировать видеоролики, выполнять построение графиков и экспортировать данные для ис­следования в универсальных форматах.

В режиме 3D Viewer доступны параметры, определяющие настройки отобра­жения геометрической модели в окне просмотра. Существует возможность вклю­чить или отключить отображение геометрии, шаров (частицы), контактов, связей или выбранных групп (включая ячейки и бин группы).

В режиме графического отображения - Create Graph, изменяется панель управления, и графики отображаются в окне просмотра. Ниже подробно описан

147 процесс создания линейного графика и гистограммы. Графически могут быть ис­следованы такие параметры, как: расстояние, кинетическая, потенциальная, вра­щательная и суммарная энергия, линейная и угловая скорость.

Для создания графика по осям сначала необходимо настроить конфигурации, шаг по времени и параметры отображения множества, а затем нажать кнопку Create Graph, чтобы создать график. Кнопка Clear Graph используется для его очистки. Если какие-либо настройки были изменены (в том числе изменения еди­ниц) следует повторно нажать кнопку Create Graph, чтобы отобразить график с изменениями.

Линейный график используется для определения любой переменной с течени­ем времени. То есть, как значение переменной изменяется в течение определенно­го времени. Пример линейно графика и его опций изображен на рисунке5.8.

Рисунок 5.8 Создание линейного графика

В линейном графике по оси Х всегда изменяется время.

Поля Start и End controls используется для установки диапазона времени, в котором необходимо построить график. Число интервалов на оси можно изменять вручную: с увеличе­нием числа интервалов, увеличивается точность графика, так же можно устано­вить максимальное значение для отображения. Сокращение числа точек может сделать график более удобным для чтения.

Во вкладке Y-axis выбирается элемент атрибута и компоненты, для нанесения на ось Y. Атрибуты, доступные в списке будет зависеть от ранее выбранных эле-

148 ментов, для некоторых атрибутов можно определить тип компонента. Это исполь­зуется, чтобы определить, какое значение будет использовано в графике для кон­кретного компонента атрибута: например, максимальные, минимальные и средние скорости частиц.

Гистограмма (рисунок5.9)графически отображает табличные частоты. Например, рисунок ниже гистограмма, которая показывает количество шаров, движущихся в определенном диапазоне линейных скоростей.

Рисунок 5.9 Создание гистограммы

Во вкладке X-axis указывается атрибут и компонент для построения на оси X. Атрибуты, доступные в списке будет зависеть от ранее выбранных элементов. Оси X и Y связаны между собой. Атрибут, который был выбран на оси Х, будет пределом для атрибута, который доступен на Y-оси. Аналогично, если по оси Y настроен первый атрибут, доступные по оси Х будут ограничены.

Во вкладке Y-axis доступен для выбора элемент атрибута и компонент, нано­симый на ось Y, для некоторых атрибутов можно выбрать тип компонента можно, это используется, чтобы определить, какое значение необходимо вывести на гра­фике: максимальные, минимальные и средние значения.

Гистограммы могут быть созданы для элементов в определенном шаге време­ни или в диапазоне временных шагов. Диапазоны по Х и Y оси могут быть опре­делены автоматически (от значения атрибутов выбранного) или введены вручную. Число интервалов на каждой оси должны быть определены. Большее число ин-

тервалов увеличивается точность диаграммы.

Линейные графики и гистограммы также могут быть детально проанализиро­ваны в сторонних программных продуктах, т.к. существует возможность экспорта данных в табличном формате *.csv. Это дает существенные преимущества для по­строения графиков и сравнительного анализа результатов нескольких симуляций одновременно.

5.2.

<< | >>
Источник: ХАХАЛЕВ ПАВЕЛ АНАТОЛЬЕВИЧ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СТУПЕНЧАТОЙ ФУТЕРОВКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В ШАРОВОЙ БАРАБАННОЙ МЕЛЬНИЦЕ. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук. Белгород - 2017. 2017

Еще по теме 5.1. Инженерная методика проектирования футеровок шаровых барабанных мельниц: