邵阳学院 机械与能源工程学院□雷先明 李蔚华

中南大学 高性能复杂制造国家重点实验室□张 喆

1 引言

回转滚筒结构简单、 生产能力强， 在水泥、冶金、 化工、 医药等行业应用非常广泛。 设备运行时， 由传动带、 传动链条、 外套齿轮等传动机构带动滚筒旋转， 物料由上料设备从圆筒体的一端加入， 在滚筒内随滚筒旋转不断运动， 完成混合、 干燥、 冷却、 包衣等工艺流程， 加工后的物料由滚筒另一端的下料装置卸出。 在物料加工的所有工艺中， 混合反映了物料的传质特性，是物料进行下一步传热、 冷却、 团聚或研磨工艺的基础， 不仅影响产品质量， 也影响设备的热工效率。 本文使用离散元法模拟二元颗粒尤其是常见的 D 型二元颗粒 （Density Type） 在回转滚筒内的混合过程， 研究直刮板的在D 型二元物料混合过程中所起的作用， 找出在一定操作条件下 （转速、 填充率、 粒径等） 最优的直刮板高度及数量， 为实际应用中刮板的结构设计提供理论依据。

2 建立模型

（1） 离散元模型

颗粒在回转滚筒内宏观上表现出来的流动、混合等现象实际上是由单个颗粒之间以及颗粒与滚筒之间的相互作用造成的。 本文采用Hertz-Mindlin 接触模型， 通过牛顿和欧拉球形粒子方程的数值积分来计算平移和旋转运动， 计算方程见式 （1）、 式 （2）。

式 （1）、 （2） 中： i、 j 为标记颗粒； m、 I为分别为颗粒的质量和转动惯量； v、 w 分别为颗粒的平动速度和转动速度； Fn， Ft分别为接触点处的法向力和切向力； Tn， Tt分别为法向力距和切向力矩。 由式 （1）、 （2） 计算可以得到颗粒碰撞后的位移更新情况， 将该数值带入力与位移关系式， 则可以计算出新的作用力， 如此不断循环计算， 颗粒在每一时刻的信息都将被计算出来。……