[发明专利]基于数字孪生的立磨机多场耦合系统工艺参数优化方法

说明书

本发明提出了一种基于数字孪生的立磨机多场耦合系统工艺参数优化方法，其步骤为：首先，利用逆向工程技术建立立磨机的数字孪生模型，并利用颗粒‑流体‑温度多物理场耦合仿真方法计算数字孪生模型的性能参数，与实验测定的立磨机的实际性能参数进行对比并修改数字孪生模型；其次，对数字孪生模型进行工艺参数化设计，确定工艺优化参数与目标函数，采用实验设计方法在设计空间内选取初始样本点，并利用颗粒‑流体‑温度多物理场耦合仿真方法计算样本点的响应值；最后，利用样本点和响应值构建代理模型，采用遗传算法GA对代理模型进行更新与寻优，得到最优解。本发明通过高效的优化设计方法，节约设计成本、降低排放，提高大型立磨机的生成效率。

技术领域

本发明涉及大型装备数字化、智能优化技术领域，特别是指一种基于数字孪生的立磨机多场耦合系统工艺参数优化方法。

背景技术

粉磨是在矿山、机械、资源、环保等行业广泛应用的一项基本工艺，支撑着国民经济的各个行业。大型立磨机是矿渣微粉生产线的核心粉磨设备，集粉磨、干燥及分级输送功能为一体，具有粉磨效率高、产品细度比例高、磨损小、钢耗低、运行可靠、检修方便等优点。随着供给侧结构性改革深入推进，水泥行业生态环保压力大、产能严重过剩、智能化水平低、粉磨站无序发展顽疾日益凸显。如何通过对大型立磨机进行节能设计和运行优化，降低设备能耗，减小污染物排放量，提高选粉效率，直接关系到水泥生产的总体经济效益和绿色健康发展。

在大型立磨机进行节能设计和运行优化中，立磨磨腔空间结构复杂导致其流场也较为复杂，整体上为强烈耦合的流体-颗粒多相流，局部还包括喷嘴环处的突扩射流，磨辊处一定攻角下的圆柱绕流，重力分级区的渐缩流，以及离心分离区的强制旋涡流，仿真分析难度较大。此外，大量颗粒由于碰撞、涡流等因素使颗粒在还没到达选粉机前就产生了回流，又落回到了磨盘，再次进行碾压，这种现象称为过粉，如何通过优化立磨机结构、系统参数以及工艺控制参数，减小或避免过粉现象的出现是立磨机优化设计的一个难题。

数字孪生是产品设计的一种新型技术应用模式，它是以数字化的形式描述物理实体并建立它的虚拟模型，利用数据模拟物理实体在现实环境中的运行状态，通过虚实交互反馈，数据融合分析、决策迭代优化等手段，给物理实体增加或扩展新的能力。

发明内容

针对现有立磨机结构复杂、系统参数以及工艺控制参数调整不准确，造成过粉严重的技术问题，本发明提出了一种基于数字孪生的立磨机多场耦合系统工艺参数优化方法，基于数字孪生环境，充分利用模型、数据、多方面协同的技术，根据大型立磨机的运行状态特点，构建工艺参数优化设计的数学模型，通过仿真分析、代理模型优化等技术手段，实现大型立磨机虚拟数字模型的工艺参数优化；通过虚实交互反馈，改进实际立磨机系统的工艺参数，丰富和完善大型立磨机优化设计理论，达到节约产品研发成本，提高大型立磨机的综合性能，降低能量消耗及污染物排放量的目的，从而有效地降低水泥、矿山等工业对环境的影响，最大程度上的避免造成环境污染。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于数字孪生的立磨机多场耦合系统工艺参数优化方法，其步骤如下：

S1、根据大型立磨机的物理模型，利用逆向工程技术建立大型立磨机的数字孪生模型；

S2、将大型立磨机的特定工艺参数输入数字孪生模型中，利用颗粒-流体-温度多物理场耦合仿真方法对数字孪生模型进行仿真，获得数字孪生模型的性能参数；

S3、根据大型立磨机的特定工艺参数获取实际运行中大型立磨机的实际性能参数；

S4、判断步骤S2中的性能参数与步骤S3中的实际性能参数的误差是否小于阈值T，若是，执行步骤S5，否则，调整数字孪生模型中的仿真模型参数，返回步骤S2；

S5、将特定工艺参数作为设计变量，性能参数作为目标函数和目标函数的约束条件，建立工艺参数优化的数学模型；