回转筒颗粒DEM仿真交互系统的设计及实现

发布时间：2020-08-24 13:37

【摘要】：回转窑、包衣机等回转筒类工业过程装置在冶金、制药、化工及其他行业应用极为普遍,用于对颗粒物料进行加热、混合、冷却、干燥等工艺处理。回转筒内颗粒物料的混合过程是影响产品质量以及生产效率的重要因素之一,是当前的研究热点。近年来,随着高性能计算技术的迅速发展,离散单元法(Discrete Element Method,DEM)成为研究回转筒颗粒动力学的一种强有力仿真工具。但是,DEM仿真计算量庞大,运算时间长,且在运行的过程中不能修改仿真模型参数,也不能与回转筒物理装置实现交互。当仿真结果与实验出现偏差时,需要中断仿真、修改输入参数再重新启动仿真,从而降低了仿真的效率。本文根据以上问题,以回转筒颗粒物料为研究对象,充分考虑了仿真系统和物理系统各模块之间的关系,设计了一套回转筒颗粒DEM仿真交互系统,基于Visual C++语言,编写了人机交互界面,实现了DEM仿真与回转筒物理实验平台之间的交互。选题具备较高的理论意义与实际应用价值,论文主要的工作内容及获得的成果包括:(1)提出了回转筒颗粒DEM仿真交互系统的功能需求及总体设计方案,采用Visual C++语言编写相应软件,并对其关键技术进行分析;(2)搭建了回转筒物理实验平台,用以研究转筒类过程装置中球体颗粒物料的混合过程。同时,解决了系统软件与回转筒实验装置之间的接口问题,实现转筒转速的实时采集及人机交互,并保存相应的数据;(3)基于PFC3D软件平台,构建了颗粒系统DEM仿真模型,并对回转筒内球体颗粒的混合过程进行DEM建模与仿真。同时,解决了人机界面与颗粒系统DEM模型之间的通信问题,实现了 DEM仿真与VC++之间的交互、不同转速下的物料混合过程可视化等功能。(4)以转速交互为实例,对本文所设计的回转筒颗粒DEM仿真交互系统进行了多次实验测试。结果表明,该系统能够实时获取回转筒物理装置的转速值,并能准确判断转速的变化情况,及时对颗粒系统DEM模型中的转速设定值进行动态更改,使得仿真过程具有承袭性,进而提高仿真效率,实现了DEM仿真与物理系统之间的交互。最后,将仿真交互系统仿真得到的物料休止角与物理实验结果进行比较,验证了本系统仿真结果的准确性。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP311.52
【图文】：

包衣机,外观图,球磨机

逡逑图１．２是工业中的水平筒体球磨机，由进出物料空心轴与磨头等零件组成。逡逑颗粒物料从球磨机进料处空心轴进入筒体，当转筒以一定的速度围绕水平轴旋转逡逑时，在摩擦力及离心力的带动下，筒内部的原料与介质会随着转筒运动到一定的逡逑高度，当物料的离心力小于本身的重力时，会与筒体内壁分离并做抛落或滚落运逡逑动，在冲击力的作用下使矿石击碎。球磨机旋转的过程中，磨矿之间的相互运动逡逑也会对导致物料发生研磨。在此过程中，颗粒物料之间的混合状态以及转筒转速逡逑均会影响球磨机的产量与球磨产品的质量。逡逑ｉｔ－逡逑．．逦■＞、逦＂１逦ｈ＇．邋＇．逦－逡逑图１．２工业球磨机外观图Ｍ２１逡逑Ａ．逡逑着：＇逢．．逡逑ｆ／…」，二逡逑一邋’逦飞．邋３邋．逡逑．．逡逑

球磨机,外观图,工业

均匀分布,颗粒物料,转筒,混合状态

逡逑图１．３是应用于食品、制药等行业的包衣机。通过筒体旋转，使糖衣片在筒逡逑内进行翻滚、滑移及摩擦研磨运动，通过人手泼入糖衣粉末，使糖衣粉末在全部逡逑素片上均匀分布，出风管进入筒内用来加热，同时鼓风机向锅内层通以热风除去逡逑片剂表层水份，从而得到僵格的糖包衣药片。当包衣机筒体不停地旋转时，会带逡逑动筒内的颗粒物料进行混合，冷热颗粒不断进行热量传递，且渐渐覆膜。当包衣逡逑机筒体转速比较低时，衣膜附着力较好，然而受热T间太长会导致变形；当转速逡逑较高时，衣膜附着力不好，容易掉落。此外，包衣机的包衣时间太短或温度太高，逡逑会导致颗粒太多、太硬，且颗粒松弛性差别较大，颗粒之间覆膜状态存在差异。逡逑由上述例子可知

【参考文献】