ДИСКРЕТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЧАСТИЦ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ГАЗО-ТВЕРДОГО ТЕЛА КИПЯЩЕГО СЛОЯ НА ПНЕВМАТИЧЕСКОМ-ВИБРАЦИИОННОМ СЕПАРАТОРЕ
Гавриленко B. к.т.н., Магистр Логинов В.
Газ-псевдосжиженного слоя состоит из гранулированных частиц, которые имеют достаточно большой размер, так что частицы сжиженного слоя могут перевесить частицы псевдоожижения. Когда постель находится в псевдосжиженном состоянии, движущиеся частицы эффективно применять в качестве смесителя, что приводит к равномерному распределению температуры и высокой скорости массопереноса, оба из которых являются полезными для эффективности многих физических и химических процессов, таких как покрытие, гранулирование, сушка и синтез топлива и базовые химические вещества [1]. Кипящий слой образуется также в пневматических-вибросепараторах.
В целях повышения эффективности сепаратора это требует хорошего понимания процесса разделения, что означает необходимость надлежащей математической модели. Тем не менее, основной трудностью при моделировании в натуральную величину псевдоожиженного слоя является большое разделение массы: крупные структуры потока могут быть порядка метров, но эти структуры могут быть непосредственно влиять на детали частиц при столкновении частиц слоя и частиц газа, которые происходят ниже миллиметровой шкалы. Мы можем классифицировать эти различные модели наиболее удобно при рассмотрении возможных моделей твердой фазы и газовой фазы отдельно. Динамику каждой из этих фаз может быть описана с учетом фазы в виде набора дискретных частиц, которые подчиняются закону Ньютона, который требует лагранжевой (L) типа Mod-Эл, или (б) принятие континуум описание фазе, которую затем обычно регулируется уравнением Навье-Стокса, уравнение типа, который требует тип модели Эйлера (E). Основываясь на этих двух параметрах для каждого этапа мы можем классифицировать различные модели доступны для газа и твердого потока:
- Модель дискретного пузыря. Газовая фаза - L, твердая фаза - Е. газа и твердого патрубки сопротивления крышек для пузырей. Масштаб - промышленный (10 м)
- Двухжидкостные модели. Газовая фаза - E, твердая фаза - Е. газа и твердого патрубки - газ-твердое закрытие сопротивления. Масштаб - инженерный (1 м)
- Нерешенная дискретная модель частицы. Газовая фаза - E (неразрешенный), твердая фаза - Л. газ-твердое патрубки - газа с частицами закрытий сопротивления. Масштаб - лабораторный (0,1 м)
- Разрешенная дискретная модель частицы. Газовая фаза - E (разрешенных), твердая фаза - Л. газ-твердое патрубки - граничное условие на поверхности частиц. Масштаб - лабораторный (0,01 м)
- Молекулярной динамики. Газовая фаза - L, твердая фаза - Л. газ-твердое патрубки - Упругие столкновения частиц на поверхности. Масштаб - мезоскопический (<0,001 м)
Графическое представление модели показана на рисунке 1. Лотом [3] сделал аналогичную классификацию в более общем контексте для технических наук (в том числе пузырьков и капель). Только модели 1-3 (модель дискретного пузыря, двухжидкостным модели, и нерешенная дискретная модель частицы, соответственно) используются для моделирования реальным газом-кипящих слоях. Модель 4 (разрешенной дискретной модели частицы) используется для небольших, представленных псевдоожиженным слоем, в то время как модель 5 подходит только для очень маленьких (коллоидные) систем. Сетки указывает на масштаб, на котором сплошной фазы решена. Для достижения надлежащей точности модели для пневматический вибрирующий сепаратор должен иметь тип модели 3 или 4 (таблица 1). В обоих случаях твердой фазы газо-псевдоожиженном слое Mod-ELED использованием метода дискретных элементов.
Рисунок 1 – Графическое представление моделей
В данной работе мы определим конкретную модель использовать для наших исследований гранулированный материал, который обрабатывался пневматическим вибросепаратором. Постоянное увеличение вычислительной мощности в настоящее время позволяет исследователям для реализации численных методов, которые не нацелены на гранулированном Ассамблеи в качестве юридического лица, а скорее вывести свои глобальные характеристики из наблюдений за индивидуальным поведением каждого зерна [5]. Благодаря своему высокому прерывистому характеру, следует ожидать, что сыпучие среды требуют разрывного метода моделирования. Ведь на сегодняшний день метод дискретных элементов (DEM) является ведущим подходом решения этих проблем. Mod-Элинг прост: зерна - элементы, они взаимодействуют через местные, попарно контакты, но также зависят от внешних факторов, таких как гравитация или контактов с окружающими объектами, а в ином случае они подчиняются законам Ньютона. DEM является численным подходом, при котором статистические показатели глобального поведения явления вычислены из отдельных движений и взаимного взаимодействия большого числа элементов. Он широко используется в ситуациях, когда внедренные теоретические знания еще не представили полного понимания и математических уравнений для моделирования физической системы.
Разработка программного обеспечения DEM часто вынуждает ученых сосредоточиться на маргинальных проблемах, не связанных с их научной работой, такие как: интерфейс программы, ввод / вывод данных, сетка-Gener Ation или визуализация результатов. Одним из решений является использование существующих научных основ и плагинов в собственных алгоритмах расчета (Abaqus, Dyna, Адина, PFC3D и т.д.). Однако эти методы редко дают возможность объединения вместе различных моделирования таких как FEM, SPH, DEM или другие пользовательские моделирования.
Решение, предложенное в [4] заключается в использовании имени рамках Яде DEM-OPEN, который обеспечит стабильную базу для ученых. Использование открытого исходного кода модели позволит участвовать научному сообществу в любом исследовании. Путем применения надлежащего проектирования программного обеспечения полноценной работы других будут сохранены и использованы повторно. DEM использует выбранное положение, ориентацию, скорость и угловые скорости в качестве независимых переменных моделируемых частиц, которые могут быть явные по времени и интеграции в схеме (метод Лагранжа). Трехмерные уравнения динамики на основе классической ньютоновской подхода для второго закона движения также используются. Вектор сил и моментов, действующих на каждую частицу выдерживают при каждом шаге. Контактные силы зависят от частицы геометрии перекрытия и свойств материала. Нормальная, тангенциальная и моментных составляющих сил взаимодействия включены. Например Модель была создана, который иллюстрирует способности выбранной DEM рамки (рис. 2). Модель включает в себя 240 сфер одинакового размера, на которые распространяются гравитационные силы. На рис.2 мы видим сферы падают.
Рисунок 2- Простейшая модель системы частиц
Источники
- Kunii D, Levenspiel O. 1991. Fluid Engineering. Butterworth Heinemann Series in Chemical Engineering. London: Butterworth Heinemann
- Numerical Simulation of Dense Gas-Solid Fluidized Beds: A Multiscale Modeling Strat-egy M.A. van der Hoef, M. van Sint Annaland, N.G. Deen, and J.A.M. KuipersAnnu. Rev. Fluid Mech. 2008. 40:47–70
- Loth E. 2000. Numerical approaches for motion of dispersed particles, droplets and bub-bles. Prog. Energy Combust. Sci. 26:161–223
- YADE-OPEN DEM: an open–source software using a discrete element method to simu-late granular material J. Kozicki F.V. Donzґe