振动筛筛分过程的数值模拟及其进展

振动筛是目前工程中最常用的筛分机械,筛分性能是振动筛在设计和应用中面临的重要问题,然而至今筛分理论却不能圆满解决这些问题。目前一种基于离散元的数值模拟方法被用以模拟和分析筛分问题,研究实践表明该方法是散体动力学分析的一种有效的工具。介绍了振动筛的研究背景和离散元法的基本理论,综述了离散元法的在筛分领域里的应用,讨论了目前筛分模拟的主要困难和未来发展中亟待解决的问题。     

颗粒离散元法模拟卧式行星球磨机内钢球的运动规律

采用颗粒离散元法模拟了卧式行星球磨机筒壁上的衬板对磨筒钢球运动规律的影响,包含衬板高度以及衬板数量的影响。研究结果表明:磨筒内钢球的平均接触力与钢球的运动状态存在明显的关联;磨筒内衬板高度为3mm、衬板数量为6根时,磨筒钢球的抛落状态最好,钢球的平均接触力最大。     

筛分过程中颗粒运动的非线性特性研究

利用振动筛与颗粒之间关系的运动学模型,导出颗粒运动的周期性条件;然后利用Poincaré映射方法,推导出颗粒的运动对周期运动的扰动方程;最后对振动筛分过程中颗粒运动特性进行了数值计算研究,得出了筛面上颗粒运动是经周期分叉和概周期分叉通向混沌的演化过程.在筛分机正常的工作参数范围内,筛面上颗粒运动不存在周期运动、概周期运动,只存在混沌运动.     

基于PFC的振动筛分过程三维数值模拟

给出了筛分效率的理论公式,并利用PFC对振动筛面上颗粒群的筛分过程进行了模拟研究,得出了振幅、振动频率、振动方向角、筛面倾角对筛分效率的影响规律,为新型筛分设备的研制提供参考。     

复合振动筛筛分煤颗粒的离散元模拟研究

为了强化混合颗粒在筛面的分层,提高传统振动筛的筛分效果。依据混合颗粒在振动下的空隙填充效应,并基于Lissajous振动合成理论,提出了一种复合振动筛。解释了复合振动筛理论基础和工作原理,并使用离散元方法进行了验证。以复合、直线、椭圆和圆振动筛为对象,以频率、振幅和振动方向角为变量,进行了传统振动筛和复合振动筛离散元模拟对比研究,结果表明：复合振动筛在筛分效率和物料处理两方面均具有较大优势。复合振动筛可以传递给颗粒一个沿筛面宽度方向的激振力,颗粒在xyz三个方向均有激振力的作用,颗粒受力更加多样化,混合颗粒体系更加松散,活跃程度更大,分层效果更好,进而复合振动筛可以取得更为理想的筛分效果。     

基于DEM的筛面与物料特性在筛分过程中协同作用的研究

基于离散元法(DEM)研究了筛面与物料特性在筛分过程中的协同作用,模拟了不同筛面长度的圆孔筛、方孔筛的筛分效率和复杂粒形物料在圆孔筛、方孔筛上的筛分效率。结果表明:在相同开孔率的前提下,筛面越长,筛分过程达到稳定状态所需的时间越长;圆孔筛和方孔筛的筛分效率均随筛面长度的增大而提高,且筛分效率与筛面长度之间关系符合Boltzmann方程;不同形状的颗粒分别在圆孔筛和方孔筛上筛分时,球形颗粒筛分效率最大,片状颗粒的筛分效率次之,胶囊形颗粒筛分效率最小;3种形状的颗粒在方孔筛上的筛分效率均明显高于在圆孔筛上的筛分效率。     

基于颗粒离散元法的锚固节理剪切行为宏细观研究

为了研究锚固节理岩体的破坏特点及锚固机理,基于颗粒离散元法利用修正的锚杆双线性本构模型对有锚和无锚节理面在不同边界条件下进行了宏观研究,并对锚固节理试件内部颗粒之间接触力和颗粒旋转弧度等的演化过程进行了细观研究。研究结果表明:1压剪作用下锚固节理块体中处于拉伸状态的锚杆对节理面施加了一个附加的法向应力,从而提高了节理面的黏聚力;随着法向应力的增加,锚杆对节理面峰值剪切强度的贡献越来越小,在宏观上揭示了加锚节理岩体的锚固机理。2压剪荷载和边界位移约束共同作用下,锚固节理试件内部颗粒间接触力和颗粒自身位置不断演化并重新分布,在锚杆周围以及节理面凸起处产生较高的接触压力并在锚杆与节理面交叉处发生较大的颗粒旋转弧度,进而导致压致拉裂纹的产生以及颗粒旋转导致的剪切裂纹的萌生,从细观层面揭示了锚固节理岩体的破坏特点。     

基于离散元法的煤矿井下护孔筛管防堵性颗粒流分析

基于离散单元法,用PFC3D软件建立了煤粉颗粒通过筛管的颗粒流模型,通过对煤粉颗粒穿过筛眼体积量的模拟,研究了护孔筛管的防煤粉堵塞性能,分析了筛眼直径、粒径比和围压等参数对煤粉颗粒通过筛管性能的影响规律。结果表明:穿过筛眼的颗粒体积随着筛眼和粒径比的增大而增大,且随着筛眼直径的增大其趋势逐步加大,总体上讲,穿过筛眼的颗粒体积整体上随着围压的增大而增大,但存在着"激变"区间,即围压增长到某一范围时,煤粉颗粒通过筛眼的体积量突然增大。     

筛面上颗粒运动的计算机仿真研究及试验验证

物料在筛面上的运动有着极其复杂的运动规律,本文采用离散元法最常用的弹性—阻尼—滑动接触模型,建立了颗粒在筛面上运动的数学模型,用VC.Net编制了模拟筛面上单颗粒运动的计算机程序,借助于高速动态分析系统通过一系列数值试验对模型进行了检验和确认,模拟结果真实地反映了不同粒度颗粒在筛面上运动形态的差异和单颗粒的混沌运动,表明通过数值模拟能够灵活地再现不同筛分机工作条件下颗粒运动过程,有助于深刻理解筛分机的工作参数对颗粒运动状态的影响。     

煤粉颗粒团燃烧过程的数值模拟

煤粉的燃烧在工程实际中很多情况下都是聚团燃烧,颗粒内部传热传质机理复杂。本文根据多孔介质的传热传质学理论,引入对流项,建立了气流场中煤粉团燃烧的三维数学模型,并对不同孔隙率的煤粉团的燃烧过程进行了对比计算,计算结果合理,揭示了孔隙率对煤粉团着火燃烧的影响,为深入研究煤粉团燃烧特性打下基础。     

Benchmarking of process models for continuous screening based on discrete element simulations

For the design and the scale-up of screening processes and the optimization of operating parameters the particle-based discrete element method (DEM) as well as classic phenomenological screening models are available. Phenomenological screening process models are simple to use and require only sparse computational resources, hence providing the possibility to use them efficiently in industrial applications. In this context, a comparative benchmark of numerous kinetic and probabilistic screening models of various complexities has been performed for discontinuous screening, recently. Following the approach of this study, in the investigation here, DEM-simulations applying spherical and non-spherical particles are used to benchmark process models for continuous screening. In the DEM-simulations different particle characteristics such as size, shape and size distribution are taken into account. Screen characteristics such as aperture size, wire shape and inclination angles as well as operational parameters including vibration frequency, amplitude, stroke angle and mass flow rate are varied. Based on the data obtained from the simulations, the overall fraction retained on the screen as well as the selectivity in terms of overflow partition number, the transport velocity and the residence time all in dependence on particle size are investigated. Finally, phenomenological screening process models are adjusted to the outcome of the DEM-simulations in terms of the fraction retained on the screen and overflow separation curves, respectively. The resulting deviations are evaluated and thereby allowing the comparative benchmarking of available process models for continuous screening. Obtained DEM-results indicate a strong dependence of screening on operational parameters and particle shape. Screening process models vary intensively in their ability to represent DEM-results.     

基于有限元法的岩质边坡数值模拟与分析

高大岩质边坡的稳定性对其下部建筑物和工业场地的安全至关重要,有限元强度折减法数值模拟分析岩质边坡破坏机制是一条对岩质边坡稳定性进行可靠分析的有效方法。文章结合强度折减理论的有限元应力分析法对柏泉选厂西边坡的开挖支护过程进行了数值模拟,能够科学分析边坡的变形破坏机制及演变过程。该方法把锚杆等支挡结构的共同作用和地下水的影响统一考虑,从而可以验证边坡加固措施的合理性,与其他方法相比实用性更强。边坡稳定模拟分析所依据的岩土物理力学参数来自工程地质勘察报告,数据真实可靠,分析结果切合实际。边坡稳定性分析结果直接指导边坡加固设计,根据边坡岩体应力情况调整锚杆规格和布局,从而使边坡加固措施更加安全可靠、经济合理。     

基于黏聚力单元法的单双射孔水力裂缝扩展数值模拟研究

为研究单双射孔下的水力劈裂规律,基于Abaqus的黏聚力单元损伤本构,建立了含单双射孔裂隙的有限元模型,对不同水力压裂因子D下的裂纹扩展过程,位移矢量进行了数值模拟研究.结果表明:单裂隙情况下,裂纹扩展产生于裂缝尖端,随着水压的不断增大,D值较小的工况裂缝沿着最大主应力的方向发展,对于D值较大的情况而言,裂缝将呈现45...     

基于离散单元法的半自磨机工作参数研究

通过离散元软件EDEM建立了半自磨机的载荷动力学仿真模型,分析了半自磨机筒体内部载荷颗粒流动行为以及工作参数对磨矿性能的影响。EDEM模型直观地说明了转速率和衬板形状对载荷运动形态的影响,通过对衬板高度(50²00 mm)、转速率(50%200 mm)、转速率(50%¹10%)、直径为5 m的磨机进行仿真,得出了随着转速率和衬板尺寸的增加磨机的功率会随之增加、且当转速率达到0.8左右时半自磨机的功率会逐渐下降的结论,验证了在磨矿作业时功率低利用性特点,这些均显示了离散元在分析和改进半自磨机工作参数方面的优越性。     

露天矿裂隙岩体边坡离散单元法模拟分析

离散单元法能够分析节理裂隙岩体沿离散界面产生滑移、张裂、垮落等大变形问题,是岩石开挖工程中分析非连续介质问题的重要方法。徐东沟露天矿最终境界边坡上下部均由坚硬块状结构岩体组成,而边坡中部则为岩性较软的绿泥石英片岩构成,且为典型的顺坡向层状结构,分析表明,绿泥石英片岩构成的局部边坡区域位移较大,模拟开采至最终-348m水平时,水平位移最大达1.6m,垂直向下位移达1.4m,应用强度折减法得到边坡安全系数仅为1.05,开采出露后极有可能产生边坡失稳,影响矿山的安全生产。     

基于离散单元法的筛管内煤灰颗粒通过性分析

基于离散单元法,用PFC2D软件建立了煤灰颗粒通过筛管的颗粒流模型,研究了筛管内煤灰细观颗粒的通过能力,分析了粒间连接强度、缝径比和围压等参数对筛管内煤灰颗粒通过性的影响规律。结果表明：随着颗粒间连接强度的增加,通过割缝的颗粒体积线性减少;筛管内通过割缝的颗粒体积随缝径比的增大呈增大的趋势,同时为保证煤层结构稳定,缝径比应小于10;总体上讲,穿过割缝的颗粒体积随围压的增大而增加,但存在一定的跃升平台,即在某一井深范围内,煤灰颗粒通过割缝的体积量稳定。     

基于颗粒离散元的薄基岩裂隙扩展规律

采动影响下的薄基岩产生导水裂隙通道,贯通厚风积沙层,容易产生突水溃沙灾害。为研究薄基岩导水裂隙通道发育规律,借助于颗粒离散元理论,建立考虑复杂应力作用的薄基岩模型,分析了原生裂隙长度、覆岩压力和水沙两相作用对裂隙在薄基岩平面横向发育规律的影响。研究发现颗粒离散元理论可以较好的揭示薄基岩的破坏机理;扩展裂隙在原生裂隙尖端呈“Y”和“X”型发育,且发育形态与薄基岩受到覆岩压力大小和原生裂隙长度有关。研究了不同原生裂隙长度、覆岩压力和水沙作用下裂隙扩展发育的4个阶段并给出了破坏曲线,分析了不同条件的改变对薄基岩裂隙扩展影响的定量关系。     

深部厚煤层巷道失稳破裂演化过程离散元模拟研究

为研究深部厚煤层巷道围岩失稳破裂演化过程,以某煤矿厚煤层巷道为工程背景,采用离散元中随机分布三角形单元块体集合模型研究巷道开挖失稳。对深部厚煤层巷道围岩失稳破裂过程中位移、应力演化规律分析发现:两帮围岩水平应力释放相对于顶底板剧烈,竖向应力反之;围岩竖向应力释放的主要部位是巷道中部。结果表明,深部厚煤层巷道失稳破裂演化的2个主要特征为:1)顶板出现"尖顶型"垮冒,巷中是围岩失稳的关键部位;2)顶底板离层破坏严重。并对其相应机制进行分析:顶底煤岩松散破碎,自稳能力差,顶底板径向应力释放相对剧烈,巷道矩形断面顶、底板受力能力差等因素,导致围岩顶底板离层变形。基于深部厚煤层巷道失稳破裂的演化规律,给出锚索悬吊组合支护方式,结果表明该支护方式可有效地控制厚煤层巷道变形。     

综采覆岩破坏离散元数值模拟分析

采用离散元数值模拟的方法研究煤层综放开采覆岩破坏规律,对数值模型的计算结果分析得出:通过提高综采支架支护阻力,可抑制工作面控顶区附近顶板采动裂隙发育高度,使其不波及松散含水层,从而实现高承压松散含水层下,提高上限安全开采目的,为高承压松散含水体下缩小安全煤岩柱开采,合理解放和回收防水煤柱内所呆滞的煤炭资源提供了理论基础。