复杂振动形式下筛面非球形湿颗粒流动理学特性研究

The reliability design of large vibrating screen is one of the key issues of Chinese coal preparation industy. And the innovative designs of motion parameters, process parameters and motion modes of large vibrating screen are important research contents at present. The fundamental motion law of the particle flow on screen surface in screening process is the basis of screening theory. So, the research of kinetics characteristic of non-spherical wet particle flow on screen surface for complex vibrating mode is presented to reveal the synergetic effect of motion parameters and process paramers of the large vibrating screen on the screening process. Firstly, a new method for establishing non-spherical particle geometry model is proposed by using muli-sphere and 3D scanning methods. And the discrete element method(DEM) contact model of non-spherical wet particles is firstly established by using contact model and liquid bridge force model of non-spherical particles. Secondly, muti-force field coupling model of non-spherical wet particles segregation process in non-vertical linear vibrating mode is established. The effect of particle shape and liquid bridge force on the segregation motion behavior of the particles is clarified. The optimum vibration conditions to promote segregation of non-shperical wet particles are obtained. Finally, numerical model of screening process in complex vibrating mode is established by using the discrete element and dynamic coupling method. The motion characteristics and penetrating mechanisms of non-spherical wet particles on the screen surface are elucidated. The synergetic effect of motion parameters and process paramers of the large vibrating screen on the kinetics characteristic on non-spherical wet particle flow on the screen surface is also revealed.

大型振动筛的可靠性设计是我国选煤工业面临的关键问题之一，其中大型振动筛的运动参数、工艺参数及运动形式的创新设计是目前重要的研究内容。筛分过程中筛面颗粒流的基本运动规律是筛分理论研究的基础，为掌握大型振动筛的运动参数和工艺参数对筛分过程的协同影响规律，需要开展复杂振动形式下筛面非球形湿颗粒流动理学特性的研究。首先，利用多球法和3D扫描法建立构造非球形颗粒几何模型的新方法，基于非球形颗粒的接触模型和液桥力计算模型建立非球形湿颗粒的离散元法接触模型。其次，建立非垂直直线振动形式下非球形湿颗粒层析过程的多场耦合模型，阐明颗粒形状和液桥力对颗粒层析运动行为的影响机理，掌握促使非球形湿颗粒层析的最佳振动条件。最后，利用离散元法与动力学耦合方法，建立复杂振动形式下的筛分过程数值模型，阐明非球形湿颗粒流在筛面上的运动规律和透筛机理，揭示大型振动筛运动参数与工艺参数对筛面颗粒流动理学特性的协同影响规律。

发展洁净煤技术是解决我国雾霾等严重环境污染问题的有效途径，而筛分技术是其中重要的环节之一。由于筛分基础理论是研制新型高可靠性大型振动筛的基本指导理论，而筛分过程中筛面煤炭颗粒的基本运动规律又是筛分理论研究的基础。因此，为掌握大型振动筛的关键运动参数和工艺参数对筛分过程的协同影响规律，需要开展复杂振动形式下筛面非球形湿颗粒流动理学特性研究。本项目的主要研究成果如下：. 提出了一种新的复杂轨迹振动筛分方法，建立了四轴变轨迹等厚筛分的动力学模型，研制了具有复杂运动轨迹的等厚振动筛模型机和筛分试验模型机，并进行了有关的试验研究。. 基于多球法和线性粘附接触力学模型建立了非球形湿颗粒的离散元法接触模型，提高了离散元法数值模拟研究的可靠性。利用基于线性粘聚接触模型的离散元法对不同颗粒系统的堆积过程进行了数值模拟研究，分析了颗粒形状和液桥力对颗粒堆的堆积形态的影响作用，揭示了颗粒形状和粘聚能量密度对基底表面所受作用力和堆中颗粒间的作用力的变化规律。. 开展了复杂振动形式下的筛面颗粒流动理学特性研究，建立了非球形湿颗粒筛分过程的离散元法数值模型，解析了颗粒形状和液桥力对筛分过程中颗粒的输运和透筛行为的影响机制，探究了复杂振动形式下筛面颗粒流的体积浓度梯度、速度分布、颗粒粒径分布等动理学特性，掌握了振动筛运动学参数工艺参数、筛面运动轨迹等对筛面非球形湿颗粒动理学特性的协同影响规律，以及与筛分效率之间的关系，获取了筛面最佳工作和结构参数。. 本项目研究成果为完善颗粒的堆积机理和筛分基础理论提供新的理论基础，具有重要的理论意义和学术价值。研究成果能够为高可靠性大型振动筛的优化设计和最优控制提供依据，具有重要的工程应用价值和广阔的应用前景。. 目前，本项目所得研究成果已出版专著1部，已发表SCI检索论文1篇、EI检索论文3篇、中文核心期刊2篇（其中1篇已录用），已获授权发明专利3项、实用新型专利1项，已公开发明专利1项，已申请发明专利1项。本项目成果应用在了“高性能大型振动筛关键技术及其应用”课题研究中，该课题成果获得了2014年度国家技术发明二等奖。