离散元仿真在中国

离散单元法在中国

离散元（DEM）简介及发展历程

离散单元法（Discrete Element Method，DEM）是由美国学者Cundall P.A.教授在1971年基于分子动力学原理首次提出的一种颗粒离散体物料分析方法，是一种基于牛顿第二运动定律和颗粒之间的接触模型计算颗粒运动行为的模拟方法，其主要优点是可以基于基本的数据模拟复杂系统而不必采用过分的简化假设，能够更好地反映一些过程的本质。该方法最早应用于岩石力学问题的分析，后逐渐应用于散状物料和粉体工程领域。

1960s:在现有的连续性模型中引入非连续性

1971:首先应用于岩石力学问题，并得到认可

1979:扩展到颗粒材料（不仅仅是岩石）

1992: 离散元被开发成电脑程序，它可以：

i.允许有限的位移、转动和离散物体的分离

ii.随着计算的进行，识别新的接触

90年代后期~21世纪，关于DEM的出版物呈指数增长

2005：EDEM 1.0发布

2013：EDEM BulkSim1.0发布

离散单元法的应用行业

我们的旗舰产品EDEM BulkSim是在EDEM的基础上，专门为转运站的设计工程师定制开发的，专注于解决散料输运系统的设计过程中遇到的工程挑战。适用的行业包括：冶炼、采矿、燃煤电厂和码头等。对于工程和设备供应商来说，物料输运系统已经成为一个高度竞争的市场，他们面临着在降低费用的同时还需要通过设备改造和扩建来提高产量。转运站是输运系统一个不可分割的、常见的组成部分。不管是将物料从一个皮带转到另外一个皮带，还是将物料转移到处理设备（例如破碎机），转运站都是采矿和矿物加工操作的核心设备。

性能良好的转运站会给采矿操作带来一系列的好处：

●提高运营效率

●提高产量

●提高工人的安全

●通过降低粉尘和物料溢出来降低对环境的损害

性能良好的转运站还可以延长一条线上其它设备的寿命、降低计划外停机和维护的相关费用。

离散单元法在中国的典型应用

针对转运站的设计，从去年开始德颐姆方案公司（深圳）在中国完成了10多个仿真项目，以攀钢的一个铁矿石转运站为例：

图1：目前的转运站设计方案

图2：转运站目前处理的物料图

表1：转运站的过程条件

表2: Particle Size Distribution (PSD) Supplied by HSD

3.1整体的流动行为

图3：铁矿石流经整个转运站，物料以速度大小进行着色。

3.2质量流量分析

图4：流入转运站的铁矿石质量流量随时间的变化

3.3转运站内部速度分析

图5：左图为用来分析物料在转运站内部流动的速度分析传感器的位置；右图是整个模拟时间过程中物料流经转运站的平均速度随转运站高度变化的曲线图。

图6：40s时物料在转运站下部的运动图片和矢量图

3.4设备磨损分析

图7:相对切向磨损在导流罩区域发生的地方，红色代表磨损严重。

图8：转运站下部相对切向磨损发生的地方，红色代表磨损程度高。

图9：接收皮带法向磨损和切向磨损3.5接收皮带物料载入速度分析

图10：铁矿石排出到接收皮带上的法向速度和切向速度。模拟图片表示了分析传感器

在转运站排出点的位置.

物料以每一个颗粒运动的速度来着色。与接收皮带接触时，铁矿石的切向速度为2.3m/s （接收皮带的速度为2.5m/s），法向速度为1.2m/s。

3.6接收皮带载入物料总质量沿皮带宽度的分布

图11: 0~40s之内接收皮带载入物料总质量沿皮带宽度的分布

3.7结论

本报告展示了转运站新设计的仿真结果。共进行了一次EDEM BulkSim 仿真，当仿真达到稳态之后运用仿真结果对新设计的性能进行评估。本报告罗列了一系列的仿真结果，虽然新设计在某些方面表现良好，但是仍有一些潜在的问题，如：

- 导流罩边缘受到了很多冲击

- 在转运站下部有明显的反弹现象

- 转运站下部受到了显著的磨损并且磨损不对称

- 转运站内部出现了物料速度过高的现象（>6m/s）