[发明专利]一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法

说明书

本发明涉及一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法，包括：构建回转滚筒离散元仿真模型、基于Hertz‑Mindlin接触模型对颗粒运动进行仿真计算、将回转滚筒沿轴向等比例划分成轴段切片，统计各轴段切片中颗粒坐标信息，在提取堆积颗粒的边界轮廓曲线的基础上，拟合和计算出每个轴段切片径向截面中堆积颗粒的动态休止角，依次沿轴向分段获得堆积颗粒沿轴向的动态休止角，获得反映回转滚筒的动态休止角沿轴向的变化情况。本发明基于离散元模型采集滚筒内部颗粒运动信息，弥补了传统图像处理方法只能标定滚筒两侧端盖位置动态休止角的局限性，使计算更加准确、高效，无需进行实验，降低了标定动态休止角的成本。

技术领域

本发明涉及颗粒系统动态休止角标定和评估技术领域，尤其是一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法。

背景技术

回转滚筒作为常见的工业设备，通常被用于处理颗粒物料的混合、分离、干燥和破碎等。当物料颗粒之间存在粒径、密度等性质差异时，随回转滚筒转动，颗粒物料在较长回转滚筒中会迅速形成轴向偏析现象：沿着滚筒轴向，在物料自由表面会间隔地出现不同种类的颗粒，形成轴向偏析带。

动态休止角是指堆积颗粒在运动过程中的自由斜面与水平面所形成的最大夹角，也是描述堆积颗粒流动特性的重要指标。休止角越小，摩擦力越小，流动性越好。不同性质颗粒的轴向混合和偏析是一个复杂的过程，尚未完全了解，而在回转滚筒中由动态休止角差引起的轴向运动被认为是潜在混合和偏析机制。因此研究颗粒混合及偏析过程中的沿轴向的动态休止角及其流动特性十分重要。

现有技术中，标定休止角的方法主要包括注入法、排出法及图像法等，注入法、排出法在标定过程中堆积颗粒往往受自重影响而压缩，干扰因素大，无法在线测量。而图像法只适用于采集滚筒两侧透明端盖位置的动态休止角，难以深入滚筒内部对动态休止角进行标定。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法，提高堆积颗粒在混合过程中沿轴向的动态休止角变化情况评估的准确性。

本发明采用的技术方案如下：

一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建滚筒的离散元仿真模型，确定滚筒及颗粒参数；

S2、采用Hertz-Mindlin接触模型对颗粒运动进行仿真计算；

S3、网格划分并提取单个轴段切片径向截面的边界轮廓曲线：

将滚筒沿计算域的轴向均匀划分成若干个轴段切片，统计每个轴段切片中所有颗粒的编号、时间、直径及位置信息，将所有颗粒坐标投影至轴段切片的径向截面，提取径向截面上堆积颗粒的边界轮廓曲线；

S4、利用所述边界轮廓曲线拟合休止角：

根据所述边界轮廓曲线的首、末坐标位置，将边界轮廓曲线拟合成直线，计算拟合直线的倾斜角，作为堆积颗粒的动态休止角；

S5、沿滚筒轴向依次计算获得轴向动态休止角：

重复步骤S4，依次计算各轴段切片的径向截面上堆积颗粒的动态休止角，获得动态休止角沿轴向的变化曲线。

进一步技术方案为：

步骤S1中，在构建滚筒的离散元仿真模型时，将滚筒沿轴向分为若干段，每段滚筒设置为顺时针或逆时针转动。

步骤S1中，颗粒参数包括：选择两种颗粒，粒径比1：2，颗粒的填充率为10％～20％；滚筒参数包括：滚筒长径比0.5～3。

步骤S3中，根据颗粒直径提取径向截面上堆积颗粒的边界轮廓曲线，获得不同直径颗粒对应的边界轮廓曲线。