[发明专利]一种基于FLUENT-EDEM耦合仿真的螺旋分选机结构优化方法

权利要求书

1.一种基于FLUENT-EDEM耦合仿真的螺旋分选机结构优化方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1.根据拟用螺旋分选机结构，进行三维建模，将螺旋分选机三维模型导出为IGS格式；使用mesh软件在螺旋分选机三维模型基础上划分网格，将划分网格后的几何体导出为mesh文件；使用FLUENT打开mesh文件，并导出为Boundary Mesh；

步骤2.使用EDEM软件，根据实际螺旋分选机分选矿浆颗粒材料参数、实际螺旋分选机材料参数设置颗粒材料Bulk Material模块以及设备材料Equipment Material模块，颗粒材料Bulk Material模块、设备材料Equipment Material模块设置并完善重量比例，固体密度Solids Density，泊松比Poisson’s Ratio，剪切模量Shear Modulus、杨氏模量Young’sModulus、碰撞恢复系数Coefficient of Restitution，静摩擦系数Coefficient ofStatic Friction，滚动摩擦系数Coefficient of Rolling Friction、颗粒形状ModifyShape、粒径Physical Radius；

步骤3.使用EDEM软件的几何Geometries模块选择导入几何模型Import Geometries，输入步骤1得到的Boundary Mesh文件；在入口面建立颗粒工厂；依据实际工艺情况设置颗粒数量、质量、进入速度；使用EDEM软件的在环境Environment模块，设置重力Gravity，进入模拟器设置Simulator Settings预备计算页面，设置时间步长、总时间、模拟器网格Simulator Grid—像元大小Cell Size，等待耦合连接；

步骤4.使用FLUENT软件读取耦合接口，连接EDEM，打开DDPM模型；采用FLUENT软件中的RNG k-ε湍流模型对螺旋分离器内的湍流问题进行数值模拟；计算域的边界被划分为进口平面、出口平面、上面、槽壁；在恒定流速的进口平面上加一个速度入口边界条件，入口速度为入口体积流量与入口面积的比值；出口平面施加压力出口条件，设置绝对压力；并设置流体密度、粘度、速度幅度、湍流强度、水力直径；初始化后开始计算模拟固相和液相的流动过程，可显示不同内部区域段矿带中颗粒的粒径分布情况，计算得到最佳分离器位置以及最高分选效率；

后处理过程中，分别选取粒度不同的矿物对应的全部颗粒，通过其轨迹图观察颗粒的运动轨迹螺旋线的直径大小随分选圈数增加的变化情况；根据上面的结果，绘制粒度不同的矿物的收集率与径向距离的曲线，以直观体现分选效果；

步骤5.螺旋分选机结构参数包含距径比、下斜角、初始径向倾角、圈数，对于螺旋分选机结构参数的优化，具体过程为：

首先根据螺旋分选机原有结构参数，将待优化的参数作为自变量，通过改变自变量并利用三维建模软件，建立螺旋分选机三维模型；然后进行有限元ANSYS mesh网格划分后，使用FLUENT模拟流体流动状态，并通过CFD与DEM双向耦合数值模拟，采用欧拉-拉格朗日模型进行仿真模拟，分析颗粒在螺旋分选机中的运动行为；其次，不断改变螺距、流量、螺旋槽内径和槽深参数，分别将各参数作为自变量，建立改变了单一自变量的螺旋分选机三维模型，重新按照上述步骤1至4进行前处理操作并计算，观察它们对颗粒到达运动平衡后径向距离的影响以计算颗粒收集率，将其绘制成颗粒收集率曲线并分析曲线在径向距离的投影距离长短作为评价指标，表征颗粒进入内缘的时间长短从而进行优化。