煤场颗粒堆积密度建模研究

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针对于数字化煤场盘点过程中,煤颗粒堆积密度测定过程复杂、测定结果精确度低这一工程应用背景,课题基于多元级配颗粒“填隙”与“替换”机制,采用离散元分析方法,针对煤颗粒的堆积密度特性开展研究,提出了一种适用于数字化煤场的煤炭堆积密度获取方法。研究内容和结果如下:(1)开展了煤颗粒的离散元宏细观参数标定。发现当颗粒最大粒径与最小粒径比Rmax/Rmin>3时,颗粒粒径会对模型细观参数的影响可忽略不计。通过对宏细观参数间的关系展开因素分析,确定了细观参数对宏观参数影响的优先级。进一步基于因素分析结果,确定了煤颗粒各宏细观参数之间的非线性关系式,相关性在0.96~0.99之间,证明拟合效果较好。(2)探究了煤颗粒物性参数对其堆积密度的影响。发现对于单一粒径理想球形颗粒,空隙比为e0=0.6076,空隙比增量Δeμ与摩擦系数μ呈现出二次函数关系。在探究颗粒形状对颗粒堆积影响时发现:同一加权圆度R下,堆积体的空隙比变化不大,可认为以加权圆度R来定义煤颗粒的形状系数具有可行性;此外空隙比增量ΔeR与形状系数R之间呈现出指数关系。进一步探究分布宽度w对颗粒堆积特性影响时发现:堆积体固体体积分数kfill与颗粒粒径分布宽度间呈现出三次函数关系。而上覆压力P0对颗粒堆积特性的影响表现为:上覆压力P0较小时,P0对孔隙比变化量Δe0P影响显著,但当P0到达一定程度时,影响渐渐变小。(3)针对煤颗粒展开堆积试验探究。发现对于实际煤颗粒,当容器尺寸与颗粒尺寸比大于20时,可以忽略“壁效应”对颗粒堆积密度的影响。通过实验获取煤颗粒相关物性参数,代入煤颗粒堆积密度计算公式获取估算值,并将数值估算值与压力试验所得到实验结果值进行对比,二者误差基本在5%以内,验证了本文的煤颗粒堆积密度计算公式的准确性。
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