Моделирование гранулирования сыпучих материалов

Д.В. Лобовиков (Пермь)

В работе исследуются процессы гранулирования сыпучих материалов без добавления жидких связующих во вращающемся барабане гранулятора. В процессе гранулирования частицы сыпучего материала, расположенные около поверхности барабана, поднимаются вверх, увлекаемые поверхностью, затем, достигнув некоторой высоты, скатываются лавинообразно вниз. В результате взаимодействий частиц они слипаются, образуя конгломераты, которые затем приобретают округлую форму гранул. В опытах по изучению гранулирования сложно проследить какую-либо конкретную частицу или конгломерат частиц, математическое моделирование позволяет изучать гранулирование более подробно, полученные с помощью моделирования данные легче подвергаются анализу.

В работе представлена математическая модель гранулирования сыпучих материалов, которая описывает движение отдельных частиц и конгломератов частиц сыпучего материала.

Для реализации численного алгоритма математической модели применяется метод дискретных элементов в двумерной постановке, где элемент – частица.

Предполагается, что материал частиц обладает достаточной пластичностью для того, чтобы под действием сил сжатия, возникающих между частицами при гранулировании, возникли пластические деформации в площади контакта частиц. В площади контакта частиц, где напряжение больше предела текучести, имеет место полное прилипание. Исходя из этого предположения, аналитически получена упрощенная линейная зависимость силы адгезии контактирующих частиц от максимальной силы их сжатия за время взаимодействия. Полученная зависимость применяется в математической модели для расчета сил адгезии.

С помощью моделирования получены данные о движении частиц, о силах их взаимодействия, об образовании и разрушении конгломератов частиц. Моделирование показало, что конгломераты образуются около поверхности барабана, где давление в сыпучем материале максимально. Разрушаются конгломераты при попадании в места сдвига в сыпучем материале, под действием изгибающих сил, при ударе о поверхность барабана.