摘 要

在物料制备及处理过程中，物料颗粒的混合速度与混合程度是影响传热效率和产品质量均一性的重要因素。因此，对物料混合状态的研究是十分必要的。

本文根据国内外最新研究动态，使用EDEM软件对水平回转筒内的混合过程进行研究，仿真研究了回转速度、填充率以及混合时间等因素的影响。在EDEM软件中建立物料颗粒和回转筒的仿真模型，仿真研究回转筒内颗粒在不同的工作参数下的混合过程，并进行分析。

仿真研究表明：随着混和桶旋转转速的增加，颗粒的混合速度加快，混合时间减少，但最后混合程度随转速的变化不明显；随着填充率的增加，混合过程所需时间略微增加，混合速度略有减慢，混合程度随填充率的增长变化不明显；随着混合时间的增加，在经历对流混合阶段、对流与剪切运动共同作用阶段和扩散混合阶段三个阶段后混合开始趋于稳定，并在一定范围内波动，颗粒分离和混合达到动态平衡。

关键词：离散单元法；颗粒混合；仿真模拟

Abstract

In the preparation and processing of materials, materials of the mixing speed and degree of mixing is an important factor affecting the heat transfer efficiency and uniformity of product quality Therefore, it is very necessary to study the mixing state of materials.

In this paper, based on the latest research trends in the domestic and foreign, using EDEM software to study the mixing process in a horizontal rotary drum, the effects of the factors such as the speed of rotation, filling ratio and mixing time are studied. In the EDEM software, the simulation model of the material particles and the rotary drum is established, and the mixing process of the particles in the rotating drum under different working parameters is simulated and analyzed.

Simulation research shows that with mixing barrel rotary speed increased, particle mixing speed, reducing the mixing time, but in the end the degree of mixing with variable speed is not obvious; with increase of the filling rate and mixing process required time slightly increased, mixing speed slightly slower, mixed degree according to the variation of the filling rate of growth is not obvious; with the increase of the mixing time, through the three stages of mixed convective mixing stage, convective and shear motion interaction stage and diffusion stage in hybrid tended to be stabilized, and in a certain range fluctuation and particle separation and mixed reached dynamic balance.

目录

第 1 章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 研究目的及意义 2

1.3 国内外研究现状 2

1.4 课题研究内容及预期目标 4

1.4.1 研究内容 4

1.4.2 预期目标 4

第 2 章 EDEM 仿真的颗粒接触参数标定 5

2.1 DEM介绍 5

2.2 EDEM软件介绍 5

2.3 氧化锆 球接触参数的确定实验 7

2.3.1 氧化锆 球安息角测定实验 7

2.3.2 不同接触参数对 EDEM 下 氧化锆 球安息角的影响 7

第 3章 回转筒内氧化锆与粗玻璃颗粒混合仿真实验 10

3.1 EDEM软件中仿真模型的建立 10

3.2 EDEM仿真混合实验 11

3.2.1 回转速度对混合影响的仿真实验 11

3.2.2 填充率对混合影响的仿真实验 11

3.2.3混合时间对混合影响的仿真实验 12

第 4章 颗粒混合仿真实验结果分析 1

4.1 回转速度对混合程度的影响 1

4.2 填充率对混合程度的影响 4

4.3 混合时间对混合程度的影响 7

4.4 本章小结 8

第5 章 结论 10

5.1 实验总结 10

5.2 实验发现的问题和建议 10

5.3 实验存在的不足 10

5.4 研究展望 11

参考文献 12

致谢 13

第 1 章 绪论

1.1 选题背景

颗粒物料的混合在工业生产中十分普遍^[1]，例如在铁冶炼生产工艺流程中铁精矿和膨润土两种粉体物料的混合，球磨机被广泛应用于水泥生产过程中的回转窑对生料混合粉磨煅烧，它的主要结构为一个倾斜一定角度的回转筒，原料从回转筒一端的喂料器内送入，通过不停地翻转滚动沿着轴缓慢的落向另一端较低的出料口，在这个过程中物料与窑内通入的二次空气和窑璧进行热交换实现干燥、锻烧等一系列物理化学反应。^[1]制药、食品行业广泛应用糖衣机，工作原理与回转窑相似，安装在转筒圆心位置的喷枪不断喷洒出覆膜所需的雾化液体。药品芯片经覆膜抛光后，可遮盖药物本身的气味，以便服用，并且在工业冶金、土木建筑，农业土质改善等方面应用越来广泛，回转窑、糖衣机等回转筒类混合设备在各行业中都有广泛应用。

虽然物料的混合状态对产品质量和设备能耗有直接影响^[2]，但物料混合的设备通常都是在一个封闭的环境内，且不停地做周期性旋转或震动，测试环境较差，有大量噪音、粉腐蚀等危害，对实验检测造成了相当大的难度。^[3]目前使用较多的方法主要有图像分析法，图像分析法虽然结构简单，图像处理简单，成本较低等优点而受到广泛运用，但仍存在一定的限制。如之前所述，物料混合检测环境较差，有相当的噪音、粉尘等危害，对摄像头要求较高，且容易造成所拍摄的图像不够清晰，对之后的图像分析容易造成一定误差。另一方面，图像分析法假设颗粒物料内部状态和表层状态相一致，用拍摄所得的物料信息来代替所有物料颗粒的状态信息，而这种方法的科学性任然需要进一步的研究。

20世纪末，离散单元法开始随着计算机技术的发展而开始普及， DEM方法是模拟物料颗粒运动轨迹的有效工具，不仅能获取物料表面状态的信息，同时也可以获得物料内部状态的信息，具有相当高的科学性和准确度。以离散单元法理论为基础的软件也相继被开发。在这其中，英国DEM-Solution公司所开发的EDEM软件经过众多测试、实践与研究，EDEM软件仿真的结果与实际情况相似度极高。运用EDEM软件可以在实验过程中观察物料混合情况并及时发现问题。^[4]