Імітаційне моделювання руху сипкого матеріалу в обертових барабанних апаратах

Abstract

Метод дискретних елементів (dEM), який був розроблений на початку 70-х років минулого сторіччя для одночасного відстеження всіх окремих взаємодіючих частинок, широко застосовується для оцінки та покращення продуктивності облад- нання у віртуальному середовищі з метою уникнення дорогого прототипування. Для моделювання низки процесів переробних виробництв важливим є дослідження поведінки сипкого матеріалу в обер- товому барабані. Кількість досліджень, присвячених цій тематиці, значно збільшилась за останній час. Потрібно відмі- тити роботи, які пов’язані із параметричним аналізом поведінки частинок під час обертання барабана. Серед них є роботи, присвячені розрахункам товщини спадаючого шару, розрахункам середнього часу перебування гранул, а також дослідженням верхніх і нижніх кутів укосу. Робота присвячена пошуку шляхів підвищення ефективності барабанного змішувача. Змішування сипких компонентів є важливим і невід’ємним етапом практично в кожному промисловому виробництві і пріоритетним напрямком технічного прогресу у промисловості, зокрема для вдосконалення технологічних процесів, заміни морально і фізично застарілого облад- нання. Для аналізу ефективності наявних конструкцій барабанного змішувача представлені результати дослідження пото- ків часток матеріалу в робочій зоні апарата, які досліджувалися шляхом моделювання процесу в CAЕ-комплексі. У роботі застосовано алгоритм розрахунку потоку часток у програмному комплексі EdEM, розроблено розрахунковий та аналітичний аналіз ефективності змішування сипких компонентів. Для підвищення ефективності барабанного змішувача важливо дослі- дити поведінку сипкого продукту у камері для подальшого його конструювання з метою збільшення такої ефективності принаймні до 90%. Розроблений підхід може слугувати прикладом для майбутніх імітаційних досліджень дрібнодисперсних частинок у різних процесах, що мають відношення до харчової, хімічної та фармацевтичної промисловості.

The discrete element method (dEM), which was developed in the early 70s to simultaneously track all individual interacting particles, is widely used to evaluate and improve equipment performance in a virtual environment to avoid costly prototyping. To model a number of processes in processing industries, it is important to study the behaviour of bulk material in a rotating drum. The number of studies on this topic has increased significantly in recent years. It is worth noting the works related to the parametric analysis of the behaviour of particles during drum rotation. Among them are works on calculating the thickness of the falling layer, calculating the average residence time of the pellets, and studying the upper and lower slope angles. The research is devoted to finding ways to improve the efficiency of a drum mixer. Mixing of bulk components is an important and integral stage in almost every industrial production and a priority area of technical progress in industry, improvement of technological processes, replacement of obsolete and physically outdated equipment. To analyse the effectiveness of existing designs of a drum mixer, the paper presents the results of studying the flows of material particles in the working area of the device, which were investigated by modelling the process in the CAE complex. The paper uses the algorithm for calculating the particle flow in the EdEM software package, and develops a computational and analytical analysis of the efficiency of mixing bulk components. To improve the efficiency of a drum mixer, it is important to study the behaviour of the bulk product in the chamber for its further design to increase it to at least 90%. The developed approach can serve as an example for future simulation studies of fine particles in various processes related to the food, chemical and pharmaceutical industries.