[發明專利]一種回轉滾筒堆積顆粒的軸向動態休止角標定方法

在審

• 申請號: 202111536987.5
• 申請日: 2021-12-15
• 公開（公告）號: CN114547925A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 黃鵬;繆秋華;郭佳明;賈民平;許飛云;胡建中
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/25
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 郝雅潔

本發明涉及一種回轉滾筒堆積顆粒的軸向動態休止角標定方法，包括：構建回轉滾筒離散元仿真模型、基于Hertz?Mindlin接觸模型對顆粒運動進行仿真計算、將回轉滾筒沿軸向等比例劃分成軸段切片，統計各軸段切片中顆粒坐標信息，在提取堆積顆粒的邊界輪廓曲線的基礎上，擬合和計算出每個軸段切片徑向截面中堆積顆粒的動態休止角，依次沿軸向分段獲得堆積顆粒沿軸向的動態休止角，獲得反映回轉滾筒的動態休止角沿軸向的變化情況。本發明基于離散元模型采集滾筒內部顆粒運動信息，彌補了傳統圖像處理方法只能標定滾筒兩側端蓋位置動態休止角的局限性，使計算更加準確、高效，無需進行實驗，降低了標定動態休止角的成本。

技術領域

本發明涉及顆粒系統動態休止角標定和評估技術領域，尤其是一種回轉滾筒堆積顆粒的軸向動態休止角標定方法。

背景技術

回轉滾筒作為常見的工業設備，通常被用于處理顆粒物料的混合、分離、干燥和破碎等。當物料顆粒之間存在粒徑、密度等性質差異時，隨回轉滾筒轉動，顆粒物料在較長回轉滾筒中會迅速形成軸向偏析現象：沿著滾筒軸向，在物料自由表面會間隔地出現不同種類的顆粒，形成軸向偏析帶。

動態休止角是指堆積顆粒在運動過程中的自由斜面與水平面所形成的最大夾角，也是描述堆積顆粒流動特性的重要指標。休止角越小，摩擦力越小，流動性越好。不同性質顆粒的軸向混合和偏析是一個復雜的過程，尚未完全了解，而在回轉滾筒中由動態休止角差引起的軸向運動被認為是潛在混合和偏析機制。因此研究顆粒混合及偏析過程中的沿軸向的動態休止角及其流動特性十分重要。

現有技術中，標定休止角的方法主要包括注入法、排出法及圖像法等，注入法、排出法在標定過程中堆積顆粒往往受自重影響而壓縮，干擾因素大，無法在線測量。而圖像法只適用于采集滾筒兩側透明端蓋位置的動態休止角，難以深入滾筒內部對動態休止角進行標定。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種回轉滾筒堆積顆粒的軸向動態休止角標定方法，提高堆積顆粒在混合過程中沿軸向的動態休止角變化情況評估的準確性。

本發明采用的技術方案如下：

一種回轉滾筒堆積顆粒的軸向動態休止角標定方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、構建滾筒的離散元仿真模型，確定滾筒及顆粒參數；

S2、采用Hertz-Mindlin接觸模型對顆粒運動進行仿真計算；

S3、網格劃分并提取單個軸段切片徑向截面的邊界輪廓曲線：

將滾筒沿計算域的軸向均勻劃分成若干個軸段切片，統計每個軸段切片中所有顆粒的編號、時間、直徑及位置信息，將所有顆粒坐標投影至軸段切片的徑向截面，提取徑向截面上堆積顆粒的邊界輪廓曲線；

S4、利用所述邊界輪廓曲線擬合休止角：

根據所述邊界輪廓曲線的首、末坐標位置，將邊界輪廓曲線擬合成直線，計算擬合直線的傾斜角，作為堆積顆粒的動態休止角；

S5、沿滾筒軸向依次計算獲得軸向動態休止角：

重復步驟S4，依次計算各軸段切片的徑向截面上堆積顆粒的動態休止角，獲得動態休止角沿軸向的變化曲線。

進一步技術方案為：

步驟S1中，在構建滾筒的離散元仿真模型時，將滾筒沿軸向分為若干段，每段滾筒設置為順時針或逆時針轉動。

步驟S1中，顆粒參數包括：選擇兩種顆粒，粒徑比1：2，顆粒的填充率為10％～20％；滾筒參數包括：滾筒長徑比0.5～3。

步驟S3中，根據顆粒直徑提取徑向截面上堆積顆粒的邊界輪廓曲線，獲得不同直徑顆粒對應的邊界輪廓曲線。