第36卷第12期 北京科技大学学报 Vol.36 No.12 2014年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2014 基于三维离散元法的等厚筛虚拟筛分 王 宏，李珺”，江海深》，赵杰2》，彭利平D 1)中国矿业大学机电工程学院，徐州2211162)中国矿业大学化工学院，徐州221116 ☒通信作者，E-mail:plpcomeon@cumt.cdu.cn 摘要基于三维离散元法，建立了等厚筛离散元模型.对于粒度为0.8倍筛孔直径的难筛颗粒进行了虚拟实验研究，得到 了颗粒分层和透筛状态下的颗粒群分布状态.在此基础上分别研究了等厚筛筛面倾角、振动方向角和振动强度对于该模型筛 分效果的影响规律.实验结果表明：总体上随振动强度的增大，筛分效果降低，筛分完成时间缩短.当筛面倾角为0.5°、振动 方向角为45°以及振动强度为3.5时，该等厚筛具有最佳的筛分效果，筛分效率为92.2%，筛分完成时间为9.95s 关键词等厚筛：虚拟实验：筛分：离散元 分类号TD452 Virtual screening of a banana screen based on the 3D discrete element method WANG Hong',lJhn”,JIANG Hai--hen”,ZHA0Jie2》,PENG Li-ping” 1)School of Mechanical and Electrical Engineering.China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China 2)School of Chemical Engineering Technology,China University of Mining Technology,Xuzhou 221116,China Corresponding author,E-mail:plpcomeon@cumt.edu.cn ABSTRACT A discrete element model of a banana screen was established based on the 3D discrete element method.Virtual experi- ments were performed on difficult-screening particles with 0.8 times the diameter of the screen aperture,and the particle distribution under the state of particle stratification and penetration was obtained.The dependences of the screening effect of the model upon the screen inclination angle,vibrating angle and vibrating intensity were also discussed.As the vibrating intensity increases,the screening efficiency and the screening completion time decrease.When the screen inclination angle is 0.5,the vibrating angle is 45 and the vibrating intensity is 3.5,the screen has the best screening effect,in which the screening efficiency is 92.2%and the screening com- plete time is 9.95 s. KEY WORDS banana screens:virtual testing:screening:discrete element method 筛分作业是选煤的关键环节，广泛应用于煤炭 数值方法，在采矿、矿物加工、物料筛分等工程领域 的分级、脱水、脱介、脱泥等.据有关统计，各类筛分 得到了广泛的应用.利用离散元法进行颗粒物料运 设备占选煤厂设备总量的25%~33%.近年来，随 动过程的虚拟实验可以替代部分实验室实验并为工 着重介质选煤工艺的推广与大型化选煤厂的建设， 业应用提供理论参考，从而降低成本，提高效率.目 等厚筛（香蕉筛）以其处理量大、效率高、性能稳定 前，国内外己有学者利用离散元法对颗粒物料的筛 可靠等诸多优点，逐渐成为最受欢迎的一种筛分方 分过程进行了仿真研究.在等厚筛离散元法仿 式口.等厚筛分技术是指在筛分过程中，使得物料 真研究方面，Cleary等-o利用三维离散元模型模 在筛面上呈等厚度分布的一种筛分方法，具有较好 拟了双层香蕉筛工业产品，得到了振动强度为5、6 的筛分效果和较高的筛分效率-) 和l4时的颗粒流分布状态；Fernandez等m利用离 离散元法是一种用于颗粒物料运动行为仿真的 散元一光滑粒子流体动力学耦合模型研究了双层香 收稿日期：2013-09-17 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（博士生导师类）资助项目(20120095110001) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.12.003:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 12 期 2014 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 12 Dec． 2014 基于三维离散元法的等厚筛虚拟筛分 王 宏1) ，李 珺1) ，江海深2) ，赵 杰2) ，彭利平1) 1) 中国矿业大学机电工程学院，徐州 221116 2) 中国矿业大学化工学院，徐州 221116  通信作者，E-mail: plpcomeon@ cumt． edu． cn 摘 要 基于三维离散元法，建立了等厚筛离散元模型． 对于粒度为 0. 8 倍筛孔直径的难筛颗粒进行了虚拟实验研究，得到 了颗粒分层和透筛状态下的颗粒群分布状态． 在此基础上分别研究了等厚筛筛面倾角、振动方向角和振动强度对于该模型筛 分效果的影响规律． 实验结果表明: 总体上随振动强度的增大，筛分效果降低，筛分完成时间缩短． 当筛面倾角为 0. 5°、振动 方向角为 45°以及振动强度为 3. 5 时，该等厚筛具有最佳的筛分效果，筛分效率为 92. 2% ，筛分完成时间为 9. 95 s． 关键词 等厚筛; 虚拟实验; 筛分; 离散元 分类号 TD 452 Virtual screening of a banana screen based on the 3D discrete element method WANG Hong1)  ，LI Jun1) ，JIANG Hai-shen2) ，ZHAO Jie2) ，PENG Li-ping1) 1) School of Mechanical and Electrical Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China 2) School of Chemical Engineering ＆ Technology，China University of Mining ＆ Technology，Xuzhou 221116，China  Corresponding author，E-mail: plpcomeon@ cumt． edu． cn ABSTＲACT A discrete element model of a banana screen was established based on the 3D discrete element method． Virtual experi￾ments were performed on difficult-screening particles with 0. 8 times the diameter of the screen aperture，and the particle distribution under the state of particle stratification and penetration was obtained． The dependences of the screening effect of the model upon the screen inclination angle，vibrating angle and vibrating intensity were also discussed． As the vibrating intensity increases，the screening efficiency and the screening completion time decrease． When the screen inclination angle is 0. 5°，the vibrating angle is 45° and the vibrating intensity is 3. 5，the screen has the best screening effect，in which the screening efficiency is 92. 2% and the screening com￾plete time is 9. 95 s． KEY WOＲDS banana screens; virtual testing; screening; discrete element method 收稿日期: 2013--09--17 基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金( 博士生导师类) 资助项目( 20120095110001) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 12． 003; http: / /journals． ustb． edu． cn 筛分作业是选煤的关键环节，广泛应用于煤炭 的分级、脱水、脱介、脱泥等． 据有关统计，各类筛分 设备占选煤厂设备总量的 25% ～ 33% ． 近年来，随 着重介质选煤工艺的推广与大型化选煤厂的建设， 等厚筛( 香蕉筛) 以其处理量大、效率高、性能稳定 可靠等诸多优点，逐渐成为最受欢迎的一种筛分方 式［1］． 等厚筛分技术是指在筛分过程中，使得物料 在筛面上呈等厚度分布的一种筛分方法，具有较好 的筛分效果和较高的筛分效率［2--4］． 离散元法是一种用于颗粒物料运动行为仿真的 数值方法，在采矿、矿物加工、物料筛分等工程领域 得到了广泛的应用． 利用离散元法进行颗粒物料运 动过程的虚拟实验可以替代部分实验室实验并为工 业应用提供理论参考，从而降低成本，提高效率． 目 前，国内外已有学者利用离散元法对颗粒物料的筛 分过程进行了仿真研究［5--8］． 在等厚筛离散元法仿 真研究方面，Cleary 等［9--10］利用三维离散元模型模 拟了双层香蕉筛工业产品，得到了振动强度为 5、6 和 14 时的颗粒流分布状态; Fernandez 等［11］利用离 散元--光滑粒子流体动力学耦合模型研究了双层香