离散元法(DEM)模拟用于批量材料生产资产的操作验证

布莱恩。摩尔|2022年5月27日

确定从采矿和矿物加工到进出口供应链操作和化工生产等行业中颗粒状散装固体的流动、处理和存储设备的适当几何形状和配置是很重要的。

任何瓶颈都会导致预算和进度超支，最终影响客户的底线。在设施或项目的早期设计阶段使用离散元方法(DEM)模拟可以帮助避免这些问题，并实现设备的指定铭牌容量。

DEM是一种软件工具，可以提供对大块物质如何流动和与设备(如转移溜槽、地下生产提升机和矿山(ROM)分级机系统)相互作用的精确可视化模拟。

由于这是一个模拟，计算机辅助工程机会允许更经济的概念开发和验证比设计一个物理模型，或在调试期间现场修改设备。DEM的多功能性提供了能够量化大范围指标的优势。

例如，客户需要一个转移溜槽来运输颗粒状材料，可以使用DEM来分析任何数量的“假设”场景。他们可以模拟在一定范围内物质流动的速度流动性特征。他们可以模拟浪涌加载效应或堵塞事件，并能够精确定位问题的起始位置，并开发解决方案。

粘性磨料ROM铜矿石在三种能力下的DEM评估和转向器操作，以供两个接收输送机中的任意一个。

图1:粘性磨料ROM铜矿石在三种能力下的DEM评估，转流器操作给两个接收输送机中的任何一个。

这种类型的故障排除能力是无价的，可以应用于多个工业部门，包括采矿、矿物加工和能源，并产生积极的结果。例如，在采矿中，DEM模拟可以预测重的、锋利的磨砂铁矿石对设备磨损寿命的长期影响，从而使客户能够掌握维护问题。

DEM模拟还可以通过应用“数字化”调试方法支持项目启动，该方法允许客户在加工和安装之前，在计算机辅助工程(CAE)环境中确定和优化散装物料流要求和设备配置。

DEM之所以成为一种更为有效和被接受的模拟工具，有以下几个原因:

  • DEM软件包——曾经仅限于大学研究和开发部门——在公共领域得到了更广泛的建立和使用。
  • 正在进行的计算机硬件开发，特别是图形处理(GPU)的进步和计算能力，允许不断增加的高分辨率虚拟模拟和越来越大的粒子群。
  • 在大型项目的工程阶段验证大宗材料、设备和设计时，主要客户公司已经认可DEM的好处。主要oem在各自的设备设计开发中使用DEM是值得注意的。

DEM模拟在为客户提供创新的、实用的散装颗粒物料设备处理解决方案方面已经建立了良好的记录，具有广阔的前景。

获得额外的好处时耦合与其他CAE软件模块，主要是计算流体动力学(模拟流体和颗粒固体的相互作用)、有限元分析(在颗粒固体加载问题下的结构分析)和机械多体系统(预测与大块材料场景相互作用的设备行为)。见图2。

鼓式提升机卸料运动评估(DEM和多体运动模拟耦合，导轮在轮廓轨迹内运动控制鼓式提升机倾翻运动)。

图2:滚筒提升机卸料运动评估(DEM和多体运动模拟耦合，导轮在轮廓轨迹内运动控制滚筒提升机倾翻运动)。

此外，还有大量的新应用正在从研发计划过渡到有效的工业机会。这些机会的例子包括复杂的颗粒形状(包括灵活的颗粒)，新材料接触模型的开发和在仓储工程中的应用，颗粒破碎建模在材料降解中的应用(参考图片3)和粉碎，包括传热分析的物质流建模，或磁场，静电场，以及粒子组合的分离和混合效率的评估。

用于BMH设备评估的冻结矿石退化标定和DEM建模

图3:用于BMH设备评估的冻结矿石退化标定和DEM建模

当涉及到模拟散装物料的处理和流动时，可以说DEM是一个成功的模型。

参见卢克·斯通的博客高级模拟以了解季节性对运营的影响详细描述了灰熊中冻结的物质是如何导致堵塞的，以及如何使用DEM更好地了解操作挑战，从而解决问题。