转运系统中煤颗粒流动行为的离散元模拟研究

作     者：纪财源 

作者单位：华侨大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭援强;潘仁湖

授予年度：2022年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：转运系统 流动行为 离散元 导流罩 落料管 

摘      要：散状物料的运输设备广泛应用于火电厂、港口输送、采矿业等领域,转运系统作为带式运输设备的中转站,在物料运输环节起到了至关重要的作用。然而转运系统设计的不合理伴随着磨损、堵料、皮带跑偏、扬尘等问题的出现。由于物料转运装备体型庞大,搭建困难,且试验成本高昂费时费力。采用数字化设计方法——计算机数值模拟技术,可解决这一类型问题。本文以干煤料作为实验对象,通过试验测定了物料的密度、静摩擦系数,建立了不规则的颗粒离散元模型及转运系统几何模型。采用Plackett-Burman（PB）试验和单因素试验分析方法,建立了DEM仿真模型,模拟了煤料堆积过程所形成的堆积角,分析了物料的接触参数对堆积角的影响。仿真结果表明影响堆积角的参数主要有煤-煤静摩擦系数、煤-煤动摩擦系数、煤-煤滚动摩擦系数、煤-钢动摩擦系数。运用Box-Behnken Design（BBD）试验设计构建了堆积角与上述4个参数间的回归模型,以试验所获得的堆积角为响应指标,对优化后的回归模型进行求解,得到了最优的参数组合,使得仿真与实验的堆积角及雪崩角非常吻合。通过（PB）试验设计,探究了物料的物性参数、接触参数,皮带的带速对物料流动轨迹的影响,结果表明带速是影响物料抛射轨迹的主要因素。然后通过单因素试验,分析带速与物料卸料轨迹的关系,最终建立了物料流卸料轨迹的数学模型。最后,基于前面所得到得颗粒离散元模型,针对转运系统散料运输过程中易出现管道磨损、堵料的问题,建立了不同结构参数的导流罩及落料管。采用正交实验研究导流罩与落料管结构对落料管的磨损、物料的出口速度、受料传送带冲击强度的影响。通过对模拟结果的分析,获得了最优的落料管、导流罩结构参数组合,所设计的结构能满足低磨损量、高出口速、低冲击强度的要求。