一种基于相对区域能量的球磨机破碎效率评估方法技术

一种基于相对区域能量的球磨机破碎效率评估方法，该方法通过将球磨机运动仿真区域沿着径向和轴向划分为若干区域，分别统计出所划分区域中不同时刻的碰撞次数和单次碰撞能量损失，计算各碰撞区域的总能量损失，并利用区域总能量除以对象总数，即可得到各组的相对区域能量，以此评估球磨机在运动过程的整体破碎效率。相对区域能量的计算既能避免球磨机偏析和分层现象引起的评估不准确弊端，又能用于各组不同工况球磨机的破碎性能的横向对比，本法能准确反映球磨机各个区域内工作效率，从而针对颗粒轴向偏析特征和整体破碎效率的研究提供理论基础，有助于为后续球磨机生产效率的优化提供新的思路和方法，具有较高的理论价值和工程意义。工程意义。工程意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相对区域能量的球磨机破碎效率评估方法


[0001]本专利技术涉及球磨机破碎效率评估
，特别涉及一种基于相对区域能量的球磨机破碎效率评估方法。

技术介绍

[0002]球磨机广泛应用于颗粒混合，如制药、冶金、化工、硅酸盐等行业。
[0003]自问世以来，球磨机工作效率问题一直无法获得重大突破，如何提高破碎和粉磨效率以降低能耗是研究的热点。
[0004]随着各种颗粒仿真模拟技术的快速发展，近年来有关球磨机破碎效率的研究也层出不穷，主要有功率和转矩的影响、颗粒速度场和冲击能量的影响、滚筒尺寸和转速、钢球尺寸和衬板结构等参数对球磨机破碎效率的影响。
[0005]许多研究表明颗粒物质在球磨机破碎过程中会发生轴向混合和偏析行为，但几乎所有的破碎研究都是基于均匀颗粒的假设，即滚筒中的介质和其他颗粒材料的分布是均匀的，并且忽略了不同类型颗粒沿轴向存在的运动行为。
[0006]然而，当颗粒运动过程中存在轴向偏析行为时，回转滚筒中介质和颗粒的沿着轴向分布并不均匀，这意味着粒径相同的颗粒数量会沿滚筒轴向产生波动，并且不同大小的颗粒逐渐聚集并产生交替的偏析带。因此，滚筒中每个区域的破碎效果是均匀的这一假设不完全适合较长滚筒的破碎情况。
[0007]回转滚筒中的颗粒流经常呈现出复杂现象，特别是混合和偏析行为，这对球磨机等混合设备的产品质量和生产效率有很大的影响。
[0008]轴向混合
‑
偏析现象是指颗粒在混合过程中会沿着滚筒轴向发生偏析和分层，形成沿着轴向的大小颗粒交替排列分布的状态。
[0009]虽然关于颗粒混合和偏析现象的研究得到广泛关注，但是以往研究只研究二维平面或者切片薄滚筒中的颗粒径向混合和偏析行为，通常忽略较长滚筒中混合
‑
偏析的现象。
[0010]虽然目前对回转滚筒内颗粒轴向偏析行为的认识也在不断增加，但是大多数的研究只是定性分析了轴向偏析的影响因素和偏析特征图案，并没有实质性的将定量分析引入整体破碎研究中，尚缺少一些评估轴向偏析特征和破碎效率关系的研究。
[0011]诸多研究中，由于大规模颗粒破碎的计算量很难承受，目前的研究多集中在颗粒数量较少的短滚筒破碎方面，大多数的研究成果都是基于颗粒沿轴向均匀分布的认知，对于较长滚筒破碎效率的影响因素研究则相对较少。
[0012]在申请公布号为CN109359364A，专利申请名称为：一种球磨机破碎能量评估方法的专利申请中，仅对球磨机的计算域进行区域分块，仅统计区域总能量，未对区域总能量沿着滚筒轴向叠加到径向截面、沿着滚筒径向叠加到轴向截面做出具体深究，因此不适合适合轴向和径向面的区域能量分析，因此无法适用于多工况磨机的横向评估。

技术实现思路

[0013]本专利技术要解决的技术问题：本专利技术的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种基于相对区域能量的球磨机破碎效率评估方法。
[0014]本专利技术的技术方案：包括将球磨机运动仿真区域沿着径向和轴向划分为若干子区域，分别统计出所述子区域中不同时刻的碰撞次数和单次碰撞能量损失，计算各子区域的总碰撞能量损失，并利用所述子区域的总碰撞能量损失除以所述子区域的相关对象总数，得到各子区域的相对区域能量，以所述各子区域的相对区域能量作各子区域的相对区域能量图，评估球磨机在运动过程的整体破碎效率。
[0015]进一步的，所述相关对象总数为介质数量与磨料数量的总和，所述各子区域的相对区域能量为所述子区域的总能量除以所述相关对象总数；
[0016]所述相对区域能量包括径向相对区域能量和轴向相对区域能量；
[0017]将各区域碰撞的区域总能量沿着滚筒轴向叠加到径向截面，可得所述径向相对区域能量；
[0018]将各区域碰撞的区域总能量沿着滚筒径向叠加到轴向截面，可得所述轴向相对区域能量。
[0019]进一步的，本效率评估方法具体包括如下过程，
[0020]步骤一、基于离散元法构建球磨机破碎模型并进行仿真；
[0021]首先设置球磨机的回转滚筒、钢球介质和磨料颗粒的几何模型、材料参数、接触参数；
[0022]其次基于离散元法，构建球磨机轴向偏析模型，在回转滚筒中生成不同粒径的介质和磨料颗粒；所述介质和磨料颗粒均服从等体积随机分布以表示球磨机工作前内部颗粒均匀分布特征；待生成的磨料颗粒稳定分布后，转动球磨机的回转滚筒，直到所述回转滚筒的内部磨料颗粒运动稳定并出现明显的轴向偏析和分层现象；
[0023]最后添加颗粒粘结模型，将原来的磨料颗粒等效替换为可破碎粘结颗粒簇，构建新的球磨机破碎模型并对破碎行为进行模拟；待磨料颗粒基本破碎完成时，可以进入下一步；
[0024]步骤二、沿着计算域对回转滚筒轴向和径向均匀划分网格；
[0025]针对整个仿真区域进行均匀划分网格，在径向截面的两个维度上的划分数目为N，在轴向截面上的网格划分数目为N
’
；
[0026]步骤三、计算各区域碰撞的区域总能量；
[0027]分别统计每个网格区域内的碰撞次数和能量损失，计算各子区域内的碰撞总能量损失，即各子区域碰撞的区域总能量；
[0028]步骤四、统计径向和轴向截面的相对区域能量；
[0029]步骤五、作相对区域能量图，并分析轴向偏析特征和整体破碎效率关系；
[0030]根据统计的相对区域能量信息，绘制相应的径向和轴向相对区域能量图片，将其与球磨机滚筒中颗粒分布特征进行对比，进行球磨机破碎效率评估。
[0031]进一步的，所述步骤二中网格尺寸和数量取决于介质颗粒的大小，所述网格尺寸是较大介质粒径的1.5
‑
2倍；所述所述N与所述N
’
关系为
[0032]其中，球磨机滚筒内径和长度分别为D和L。
[0033]进一步的，所述步骤三中各子区域碰撞的区域总能量
[0034]其中，E
i,j,z
反映了该区域(i，j，z)中碰撞造成的总损失能量；e
k
根据分布抽样得到；
[0035]在任意时刻内，对于球磨机滚筒区域(i，j，z)，统计该网格区域中碰撞状态的数量S以及单次碰撞能量损失e，满足以下关系：
[0036]e～Θ(E
min
,E
max
)
[0037]其中，E
min
为该网格区域碰撞中的最小损失能量，E
max
为该区域内碰撞中的最大损失能量，Θ为分布函数，分布函数与该区域颗粒数、转速等参数有关。
[0038]进一步的，径向截面的相对区域总能量
[0039]轴向截面的相对区域总能量
[0040]式中，N
Δt
为采集的破碎过程中时间步总数，N
t
为每组中相关对象总数。
[0041]进一步的，所述材料参数包括密度、泊松比和剪切模量；
[0042]所述接触参数包括滚动摩擦系数、滑动摩擦系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相对区域能量的球磨机破碎效率评估方法，其特征在于:包括将球磨机运动仿真区域沿着径向和轴向划分为若干子区域，分别统计出所述子区域中不同时刻的碰撞次数和单次碰撞能量损失，计算各子区域的总碰撞能量损失，并利用所述子区域的总碰撞能量损失除以所述子区域的相关对象总数，得到各子区域的相对区域能量，以所述各子区域的相对区域能量作各子区域的相对区域能量图，评估球磨机在运动过程的整体破碎效率。2.根据权利要求1所述的一种基于相对区域能量的球磨机破碎效率评估方法，其特征在于：所述相关对象总数为介质数量与磨料数量的总和，所述各子区域的相对区域能量为所述子区域的总能量除以所述相关对象总数；所述相对区域能量包括径向相对区域能量和轴向相对区域能量；将各区域碰撞的区域总能量沿着滚筒轴向叠加到径向截面，可得所述径向相对区域能量；将各区域碰撞的区域总能量沿着滚筒径向叠加到轴向截面，可得所述轴向相对区域能量。3.根据权利要求1所述的一种基于相对区域能量的球磨机破碎效率评估方法，其特征在于：包括如下过程，步骤一、基于离散元法构建球磨机破碎模型并进行仿真；首先设置球磨机的回转滚筒、钢球介质和磨料颗粒的几何模型、材料参数、接触参数；其次基于离散元法，构建球磨机轴向偏析模型，在回转滚筒中生成不同粒径的介质和磨料颗粒；所述介质和磨料颗粒均服从等体积随机分布以表示球磨机工作前内部颗粒均匀分布特征；待生成的磨料颗粒稳定分布后，转动球磨机的回转滚筒，直到所述回转滚筒的内部磨料颗粒运动稳定并出现明显的轴向偏析和分层现象；最后添加颗粒粘结模型，将原来的磨料颗粒等效替换为可破碎粘结颗粒簇，构建新的球磨机破碎模型并对破碎行为进行模拟；待磨料颗粒基本破碎完成时，可以进入下一步；步骤二、沿着计算域对回转滚筒轴向和径向均匀划分网格；针对整个仿真区域进行均匀划分网格，在径向截面的两个维度上的划分数目为N，在轴向截面上的网格划分数目为N
’
；步骤三、计算各区域碰撞的区域总能量；分别统计每个网格区域内的碰撞次数和能量损...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，缪秋华，郭佳明，丁逸飞，周宇杭，贾民平，许飞云，胡建中，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：