DEM & CFD مدل سازی سیستم های انتقال مواد

Paul Dunwoody یک مهندس مکانیک در CWA با تخصص در روش عناصر گسسته و مدل سازی دینامیک سیال محاسباتی است. وی با تجهیزات حمل و نقل مواد در پایانه های دریایی و معادن در کانادا و ایالات متحده کار کرده است و طراحی سه بعدی و تجزیه و تحلیل DEM را بر روی خطوط انتقال پیچیده و HOPPERS انجام داده است. پولس همچنین طراحی مکانیکی مفصلی را در بسیاری از نقاله ها و فیدرها انجام داده است.

در مصاحبه زیر ، پولس توضیح می دهد که مهندسان مکانیک از این تجزیه و تحلیل شبیه سازی تخصصی برای حل مشکلات دنیای واقعی و بهینه سازی عملکرد سیستم های انتقال مواد در بنادر و پایانه ها ، معدن ، مصالح ساختمانی و محصولات چوبی استفاده می کنند.

روش عنصر احتیاط و مدل سازی دینامیک سیال محاسباتی چیست و چگونه از این تجزیه و تحلیل استفاده می شود؟

Paul: روش عناصر گسسته (DEM) و مدل سازی دینامیک سیال محاسباتی (CFD) دو نوع روش عددی هستند که به ما امکان می دهد از رایانه ها برای شبیه سازی آنچه در دنیای واقعی می گذرد استفاده کنیم.

مدل سازی DEM تکنیکی است که برای شبیه سازی حرکت و تأثیر ذرات متعدد ، کوچک و جامد مانند نمونه هایی که در صنایع حمل و نقل مواد فله یافت می شود ، استفاده می شود. این ذرات می توانند از ذغال سنگ و پتاس گرفته تا سنگ یا فیبر چوب باشند. در اصل ، هر ماده جامد ساخته شده از ذرات.

مدل سازی دینامیک سیال محاسباتی (CFD) از تجزیه و تحلیل عددی و ساختار داده برای حل مشکلات مربوط به جریان سیال و هوا استفاده می کند و حرکت آنها را در اطراف اشیاء شبیه سازی می کند. CFD اغلب برای مدل سازی جریان هوا در اطراف ساختمانها ، هواپیماها و پل ها یا برای مدل سازی جریان آب در اطراف کشتی ها یا از طریق لوله ها و دریچه ها استفاده می شود. بنابراین ، این نوع مدل سازی در صنایع مختلف استفاده می شود.

چه نوع پروژه هایی به طور معمول از این نوع تجزیه و تحلیل استفاده می کنند؟

PAUL: در CWA ما از مدل سازی DEM برای تجزیه و تحلیل جریان های مواد از طریق انتقال و هپ ها قبل از ساخت استفاده می کنیم و به ما امکان می دهد بدون نیاز به ساخت آنها ، طرح هایی با عملکرد بهینه ایجاد کنیم. ما همچنین از این نوع تجزیه و تحلیل برای بهبود عملکرد خطوط انتقال موجود استفاده می کنیم. ما مشکل یا مسئله داده شده را در رایانه تکرار می کنیم تا بتوانیم راه حلی برای آن طراحی کنیم.

ما به طور کلی از CFD به تنهایی استفاده نمی کنیم ، بلکه آن را با تجزیه و تحلیل DEM ترکیب می کنیم تا جریان هوا را از طریق یک چوت انتقال مدل کنیم. این به عنوان اتصال CFD-DEM شناخته می شود. اضافه کردن محاسبات جریان هوا CFD به شبیه سازی جریان ذرات DEM تصویری از چگونگی جریان ذرات گرد و غبار در داخل چوت انتقال را ارائه می دهد. ما این کار را انجام می دهیم تا گرد و غبار را که با جریان مواد در یک نقطه انتقال تولید می شود ، کاهش یا از بین ببریم.

انجام یک شبیه سازی CFD-DEM همراه یک فرآیند بسیار درگیر است و به طور معمول انجام نمی شود ، مگر در موارد نادر که کنترل گرد و غبار از نگرانی مهم است. به عنوان مثال می توان استفاده از سرب یا برخی دیگر از مواد خطرناک دیگر را که به دلیل ملاحظات بهداشت و ایمنی نیاز به کار دقیق و ایمن دارند ، انجام دهند. در این نوع موقعیت ها ، مشتریان ما نیاز به تجزیه و تحلیل کاملاً کامل از جریان گرد و غبار دارند و بنابراین مایل به صرف تلاش مهندسی هستند. اما در بیشتر موارد ، ما برای کاهش تولید گرد و غبار به DEM تکیه می کنیم و این به طور کلی نتیجه بسیار خوبی را ارائه می دهد.

گذشته از پرداختن به مسئله مدیریت گرد و غبار ، ما اغلب از مدل سازی DEM به خودی خود برای طراحی خطوط انتقال ، کاهش زاویه های ضربه و اطمینان حاصل می کنیم که این ماده به صورت مرکزی بر روی نوار نقاله دریافت می شود ، که ردیابی بهتر کمربند را در اختیار مشتری قرار می دهدبه کاهش ریزش محصول و زباله کمک می کند.

ما همچنین به دنبال کاهش سایش روی دیواره های چوت و کاهش شکستگی ذرات هستیم. اینها همه مواردی است که ما با مدل سازی DEM به آن می پردازیم ، که به ما امکان می دهد انتقال چوت سیستم نقاله را در مرحله طراحی بهینه کنیم.

از مدل سازی DEM همچنین می توان برای محافظت در برابر تخریب مواد استفاده کرد که برای برخی از مراجعین بسیار مهم است ، مانند زمانی که آنها محصول را بر اساس اندازه ذرات می فروشند. این شامل محصولاتی مانند پتاس می شود ، جایی که خریداران محصول به اندازه خاصی یا خاص محصولات کشاورزی مانند دانه نیاز دارند ، جایی که یکپارچگی محصول باید حفظ شود. اینها همه مواردی است که مشتری به دنبال محافظت از مواد در برابر تخریب است.

علاوه بر این ، کاهش میزان ساییدگی در دیوارهای چوت باعث پس انداز مشتری با کاهش هر دو هزینه تجهیزات مانند تعویض آستر و نیاز به خرابی در عملیات آنها برای تعمیر و تعویض تجهیزات می شود.

آیا می توان از مدل سازی DEM در هر دو امکانات گرینفیلد و براونفیلد استفاده کرد؟

پل: در سایت های Brownfield ، مشتری ممکن است در مورد یک چوت انتقال متوجه مشکل شود و نیاز به رفع یا بهینه سازی تجهیزات موجود در سیستم خود که مشکل ایجاد می کند. در چنین مواردی ، ما در ابتدا یک شبیه سازی DEM از Chute موجود را انجام می دهیم ، مدل را تأیید می کنیم و اطمینان می دهیم که آن را به طور دقیق تولید مثل آنچه در زندگی واقعی اتفاق می افتد است. ما سپس مدل رایانه را اصلاح می کنیم تا بررسی کنیم که آیا راه حل های مختلف کار خواهد کرد.

برای ایجاد مدل رایانه از چه ورودی هایی استفاده می کنید؟

پل: ما با ساخت یک مدل سه بعدی از چوت با استفاده از نقشه های موجود و/یا اندازه گیری های میدانی شروع می کنیم. سپس ، برای الگوبرداری از نحوه رفتار هر یک از مواد ، ما به یک پایگاه داده از موادی که در گذشته با موفقیت مدل سازی کرده ایم متکی هستیم. بنابراین ، این اساساً نقطه شروع ما است.

سپس برای دیدن عملیات و فیلم هایی از مطالب که از طریق Chute Transfer جریان می یابد ، از تسهیلات بازدید می کنیم تا نحوه عملکرد سیستم را ارزیابی کنیم. ما نقاط دسترسی به بازرسی را باز می کنیم و دوربین های GoPro را درج می کنیم تا آنچه را که در داخل Chute Transfer اتفاق می افتد ، ضبط کنیم. ما از بسیاری از زوایای مختلف فیلم های زیادی از مواد را دریافت می کنیم.

سپس ما از اطلاعات و فیلم های جمع آوری شده در سایت استفاده می کنیم تا پارامترهای شبیه سازی رایانه را تغییر دهیم تا آن را تا حد امکان با فیلم های گرفته شده مطابقت دهیم. پارامترهایی که ما به آن علاقه مندیم معمولاً فاکتور اصطکاک دیواری است ، که نشان دهنده چگونگی اسلایدهای مواد در برابر دیوارها ، فاکتور اصطکاک داخلی است ، که نشان دهنده چگونگی اسلایده شدن مواد در برابر خود ، و همچنین فاکتورهای انسجام است ، که نشان دهنده چگونگی چسبندگی استمواد به خودی خود و دیوارها است.

CWA مدتهاست که این نوع مدل سازی را بر روی مواد حمل و نقل Chute انجام می دهد و ما تجربه و دانش زیادی در مورد رفتار و جریان مواد مختلف مورد استفاده در امکانات مشتری ما ، مانند ذغال سنگ ، پتاس ، به دست آورده ایم. غلات ، کنسانتره های معدنی و موارد مشابه.

همانطور که قبلاً نیز اشاره کردم ، پایگاه داده ما از رفتار جریان مواد کاملاً گسترده است. به دلیل این تجربه ، ما می توانیم به عنوان مثال ، یک سیستم جدید نوار نقاله پتاس با اطمینان ، با دانستن اینکه پس از ساخت آنها ، حتی اگر مشتری نتواند نمونه ای از پتاس را تهیه کند یا انجام دهد ، کارآمد باشد و یا انجام دهد. T یک چوت عملیاتی برای ما برای استفاده از اعتبار سنجی خود استفاده می کنیم.

به همین ترتیب ، اگر ما در حال طراحی یک سیستم گرینفیلد هستیم ، اطلاعات تاریخی کافی در پایگاه داده خود برای طراحی یک سیستم عامل بسیار کارآمد داریم.

برخی از آخرین تحولات در زمینه مدل سازی DEM چیست و می بینید که این فناوری در آینده در کجا پیش می رود؟

پولس: شبیه سازی های ما به طور فزاینده ای از ذرات بیشتر و ظریف تر استفاده می کنند و با آنچه در دنیای واقعی اتفاق می افتد ، به ما نزدیک تر می شود. توانایی ایجاد این شبیه سازی های دقیق تر جایی است که پیشرفت ها از آن حاصل می شود - قادر به پالایش اندازه ذرات در مدلهای بزرگتر و پیچیده تر است. در نتیجه ، شبیه سازی های ما به طور فزاینده ای دقیق شده اند و اکنون زمان کمتری برای تکمیل دارند ، که باعث می شود DEM ابزاری جذاب تر برای حل مشکلات دنیای واقعی باشد.< SPAN> به طور مشابه ، اگر ما در حال طراحی یک سیستم Greenfield هستیم ، اطلاعات تاریخی کافی در پایگاه داده خود برای طراحی یک سیستم عامل بسیار کارآمد داریم.