<<
>>

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:

  1. § 4.2. Методика проектирования каскадных ТВП.
  2. 5.2. Основы методики проектирования планетарного смесителя.
  3. 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
  4. Содержание
  5. ВВЕДЕНИЕ
  6. СОСТОЯНИЕ И НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУТЕРОВОК ШАРОВЫХ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦ
  7. Анализ и классификация существующих футеровок шаровых барабанных мельниц
  8. Зарубежные производители футеровок
  9. 1.2. Анализ существующих методик расчета при проектировании футеровок шаровых барабанных мельниц
  10. Методики определения мощности, потребляемой приводом шаровой барабанной мельницы
  11. Цель и задачи исследования
  12. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В ШАРОВОЙ БАРАБАННОЙ МЕЛЬНИЦЕ СО СТУПЕНЧАТОЙ ФУТЕРОВКОЙ
  13. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В ШАРОВЫХ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦАХ