基于DEM的振动筛分过程机理研究

发布时间：2017-08-11 03:11

  本文关键词：基于DEM的振动筛分过程机理研究

  更多相关文章： 筛分机理 离散元法 数学模型 数值模拟

【摘要】：筛分过程理论是研制振动筛分设备的基础理论,能够为新型高可靠性大型振动筛分设备的研制和最优控制提供指导,具有重要的工程实际意义。为此,本文基于DEM(discrete element method)对振动筛分过程机理进行了数值模拟和试验研究,主要研究成果如下:在掌握DEM模拟有关基本理论的基础上,利用Stream DEM软件对料斗的颗粒充填过程进行了数值模拟,比较了基于CPU和基于GPU加速算法的模拟过程,获得了基于CPU和基于GPU运算的条件下模拟颗粒数量和所需模拟时间之间的关系,得出基于GPU的计算机图形学加速算法可显著提高离散元程序的运算效率的结论,为提高大数量颗粒系统的离散元法模拟效率提供了参考。为验证筛分过程DEM模拟研究的可靠性,在自制振动筛模型机上开展了试验研究,将筛分效率、不同粒级颗粒在筛面上运动轨迹以及筛面颗粒运动速度的试验结果与DEM模拟结果进行了比较。结果表明:基于球形颗粒进行筛分过程DEM模拟时,所得筛分效率和颗粒速度与试验结果间的相对误差分别在11%~89%、0.76%~28.2%之间,基于非球形颗粒的DEM模拟时的相对误差分别在5.3%~12.5%、2.55%~16.82%之间,可见,基于非球形颗粒的模拟结果能够更为准确地模拟筛面颗粒系统的运动学行为。对圆振动筛分过程进行了DEM模拟研究,分析了振动频率、筛面倾角、振幅和筛面长度等参数对筛面颗粒跳动次数、部分筛分效率以及筛面颗粒运动速度的影响机理,并将DEM模拟结果与理论值进行对比,结果表明:当抛掷指数D3.3时,筛面颗粒单位时间内的跳动次数与模型机的振动频率一致;筛面颗粒运动速度的模拟值与理论值之间的相对误差基本在12%以内,理论速度能够较好地反映筛面颗粒运动速度。在自制振动筛模型机上进行了筛分过程试验研究,研究了振动参数对部分筛分效率、筛面颗粒运动速度以及筛面颗粒的跳动次数的影响规律,并与理论值比较,结果表明:筛面颗粒跳动次数与模型机的振动频率一致;筛面颗粒运动速度的试验值与理论值之间的相对误差基本在15%以内,进一步验证了筛面颗粒运动速度理论公式具有一定的可靠性。在上述数值模拟和试验研究的基础上,利用MATLAB软件对筛分过程数学模型进行了参数优化,采用优化后的工作参数时,所得的筛分效率提高了11.69%,为振动筛参数的优化选取提供理论依据。
【关键词】：筛分机理 离散元法 数学模型 数值模拟
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH237.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-19
• 变量注释表19-21
• 1 绪论21-33
• 1.1 研究背景与意义21-22
• 1.2 筛分过程数学模型22-25
• 1.3 振动筛分技术与设备发展25-26
• 1.4 DEM在物料颗粒研究中的应用26-31
• 1.5 课题研究内容31-33
• 2 DEM原理33-40
• 2.1 DEM基本原理34-36
• 2.2 图形学算法在离散元法中的应用36-39
• 2.3 本章小结39-40
• 3 DEM试验验证研究40-56
• 3.1 试验装置与物料准备40-41
• 3.2 测试系统参数的调整与测量41-48
• 3.3 筛分试验结果与DEM模拟结果对比48-55
• 3.4 本章小结55-56
• 4 圆振动筛分过程的DEM模拟与试验研究56-79
• 4.1 物料筛分过程数学模型56-59
• 4.2 圆振动筛分过程的DEM模拟研究59-70
• 4.3 DEM模拟数据与理论值对比70-73
• 4.4 非球形颗粒筛分过程的DEM模拟研究73-75
• 4.5 振动筛分过程的试验研究75-78
• 4.6 本章总结78-79
• 5 圆振动筛的参数优化79-86
• 5.1 机械结构参数的优化设计79-81
• 5.2 设计变量和目标函数81-84
• 5.3 参数优化84-85
• 5.4 本章小结85-86
• 6 结论与展望86-88
• 6.1 结论86
• 6.2 展望86-88
• 参考文献88-94
• 作者简历94-96
• 学位论文数据集96

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本文编号：653927