焦炉装平煤作业的离散元模拟与优化

发布时间：2021-06-17 03:01

　　伴随着国内焦化行业的快速发展,在现有设备下提高焦炉的单孔装煤量成为了研究重点。但用于装煤的炭化室如同一个“黑匣子”,其中的落料变化以及平煤时对煤峰的影响很难判定,使用传统的物理试验研究具有很大的不确定性。因此,本文以离散单元法为基础,建立了装煤过程的仿真模型,研究了煤颗粒的堆积过程和炭化室内的装平煤过程,并从宏观现象和微观力学方面进行了讨论。本文的主要研究内容和结论如下:1)采用固定漏斗法实验测量煤散料试样的堆积角,煤散料的堆积角平均值为31.63°,正交实验分析结果表明,煤散料堆积角与卸料漏斗安装高度成线性负相关,与卸料口直径和圆板直径无明显相关性。同时,在相同实验条件下对堆积实验进行离散元模拟,测得模拟堆积角平均值为31.82°,与实验值相比平均误差为2.23%,说明离散元模拟能够正确描述煤颗粒堆积过程。2)使用离散元模拟研究了卸料高度和煤颗粒接触参数对堆积角的影响,模拟结果表明卸料高度越高,煤颗粒的堆积角越小,并从微观力学角度得到了解释;利用单因素实验分析颗粒接触参数对堆积角的影响,研究表明煤颗粒的静摩擦系数和滚动摩擦系数对堆积角有显著影响,而恢复系数对堆积角的影响很小。3)建立... 

【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．３顶装焦炉机械装置??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｏｐ－ｍｏｕｎｔｅｄ?ｃｏｋｅ?ｏｖｅｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??（２）捣固装煤法??

第１０页?华东理工大学硕士学位论文??顿第二定律得到颗粒的加速度，并对加速度进行积分，计算得到颗粒的位移，??这样不断循环，就可以得到每个颗粒在不同时刻的力、位移和位置等信息。通过跟踪并??计算每一个单元的微观运动情况，就可以获得研究对象整体的宏观运动规律。ＤＥＭ的??计算过程循环图如图２．１所不。??力－位移关系???丨．．，－?ｒ－…Ｊ??／?＼??ｆ??Ｘ?／??位移Ｕ?接触力Ｆ??ｓ???ｊ?Ｌ＿ｖ??＼?Ｉ??ｒ?－??牛顿第二定律：??ｖ????????????：：１．．．…■－……Ｊ??图２．１离散单元法的计算过程??Ｆｉｇ．?２．１?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＤＥＭ??２．４离散单元法接触模型??接触模型是ＤＥＭ的重要基础，接触模型的分析计算直接决定了粒子受到的力和力??矩的大校在ＤＥＭ中，可选择的接触模型有许多种，其中接触力的计算也有所不同。??对于不同的仿真对象，分析其接触理论，选择合适的接触模型是ＤＥＭ模拟计算的重要??基矗一般来说，ＥＤＥＭ软件中常用的接触模型主要有以下几种［４４］：?Ｈｅｒｔｚ－Ｍｉｎｄｌｉｎ?（ｎｏ??ｓｌｉｐ）接触模型、Ｈｅｒｔｚ－Ｍｉｎｄｌｉｎ?ｗｉｔｈ?ＲＶＤ?Ｒｏｌｌｉｎｇ?Ｆｒｉｃｔｉｏｎ?接触模型、Ｈｅｒｔｚ－Ｍｉｎｄｌｉｎ?ｗｉｔｈ??ＪＫＲ接触模型、Ｈｅｒｔｚ－Ｍｉｎｄｌｉｎ粘结接触模型、液桥（ＬｉｑｍｄＢｎｄｇｅ）接触模型、线性粘??结（ＬｉｎｅａｒＣｏｈｅｓｉｏｎ）接触模型、平面运动（ＭｏｖｉｎｇＰｌａｎｅ）接触模型等，它们适用的范??围各不相同。

华东理工大学硕士学位论文?第１１页??弹簧??—Ｔ?Ｓｐｒｉｎｇ??滑动器??＾?Ｓｌｉｄｅｒ??Ｉ?ＴｔＶＷＶＶＶＨ－－＾？??阻尼器，?ｚ??Ｄａｍｐｅｒ?一?＾｜?［???？Ｔ?耦合??Ｃｏｕｐｌｉｎｇ??图?２．２?Ｈｅｒｔｚ－Ｍｉｎｄｌｉｎ（ｎｏ?ｓｌｉｐ）接触模型??Ｆｉｇ．?２．２?Ｈｅｒｔｚ－ｍｉｎｄｌｉｎ?（ｎｏ?ｓｌｉｐ）?ｃｏｎｔａｃｔ?ｍｏｄｅｌ??假设两个煤颗粒／和ｙ分别以速度％?＾和角速度ｗｉ，ｃｏｉ运动相碰撞，在接触瞬间??颗粒的受力分析如图２．３所示。可以看到，煤颗粒在接触碰撞时不仅会受到其余煤颗粒??的法相和切向接触力力和ｆＶ，．，ｙ，还会受到法向和切向接触阻尼力和的作用。??ＶｉＪ??ｍ，ｇ??ｗ??图２．３颗粒接触动力学模型??Ｆｉｇ．?２．３?Ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｄｙｎａｍｉｃｓ?ｍｏｄｅｌ??由丨丨ｅｒｔｚ接触理论Ｍｌ可推出颗粒之间的作用力与位移的关系式是：??Ｆ＝－Ｅ＼Ｒ＇）＇ｌ２ｄＶ２?（２－１）??３??Ｕ?＝?（＾）ｍ?（２－２）??式中，Ｆ为两个相互接触煤颗粒间的作用力，Ｎ；?￡＊为等效弹性模量，Ｐａ；?／？＊为颗粒／、??的等效接触半径，ｍ；?３为颗粒间重叠量，ｍ；?Ｖ为颗粒的相对位移，ｍ。??等效弹性模量的计算公式为：??１?１?—?ｖ；２?１?—?Ｖ；２??Ｙ＊?＝?￣ｅ￣?＋?￣ｅ￣?（２＇３）??式中，氏，为颗粒／和颗粒的弹性模量，Ｐａ；?％，分为颗粒／和颗粒．／的泊松比。??


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