基于EDEM的烘干滚筒砂石颗粒抛洒特性仿真分析

为了掌握烘干滚筒内砂石颗粒的抛洒特性，提高烘干滚筒中砂石颗粒的烘干效果，本文基于工程实际，设计了一种一段式折弯烘干滚筒扬料叶片，建立了砂石颗粒的运动学模型，并利用离散元软件EDEM，以料帘均匀性与料帘密度为试验目的进行正交仿真试验。仿真结果表明，扬料叶片的结构尺寸参数对料帘均匀性与料帘密度的影响从高到低分别为：翼板高度与腹板高度的比值、折弯角度、腹板高度、扬料叶片圆周数目。对于直径3000 mm、转速为8.3 r∙min−1的烘干滚筒，当一段式折弯扬料叶片的腹板高度为170 mm、翼板高度与腹板高度的比值为0.5、折弯角度为120˚、扬料叶片圆周数目为21片时，综合料帘密度与料帘均匀性要求达到最佳平衡点。此仿真试验可为扬料叶片的设计提供理论依据，为工程实际的应用提供一定的帮助。

烘干滚筒是回转烘干窑的重要部件之一， 其主要功能是对湿冷物料(例如砂石)进行烘干加热， 以便获得高质量的建筑类原材料。其内部放置有导料叶片、扬料叶片和出料叶片等。当滚筒旋转时，物料在被扬料叶片提升的过程中从不同的位置落下形成料帘，然后继续被提升。整个过程中，物料和热烟气充分接触而被烘干[1]。单位体积内，料帘密度越大，物料参与热交换的总量相对越多，热效率越高；物料被抛洒得越均匀，即料帘越均匀，烘干效果越好，从而热效率也越高。影响回转烘干窑热效率的因素有很多，扬料叶片结构尺寸设计是否合理将直接影响料帘的均匀性与料帘密度，继而影响烘干窑的热效率。

对于烘干滚筒内物料的运动，国内外许多专家学者已经有了比较广泛的研究。叶片式烘干滚筒的设计方法是Baker C.G.最先提出来的，同时对于叶片持料量，也建立了相应的数学模型，在理想情况下， 叶片的数量要确保叶片持料量满足总量的10%~15% [2]。Bodhisattwa C.等使用离散元模型对烘干滚筒内石料的混流及烘干过程进行了仿真试验，通过对比了几种不同类型的烘干滚筒后得出，扬料叶片在石料烘干的过程起到了十分重要的作用[3]。Lisboa M.H.等人通过数学模型求解得出二段式叶片在不同角度的叶片持料量以及落料距离，通过试验得出烘干滚筒内烘干效率同扬料叶片数量的关系，同时得出了随含水率的变化，石料与石料之间动摩擦系数的变化范围为0.974~1.015 [4]。黄志刚通过建立颗粒在烘干转筒内运动状况的数学模型，较为精确得模拟出颗粒在烘干转筒内的停滞时间，构建了颗粒在烘干过程中的传热模型，并能够准确预测出颗粒的温度以及含水率的变化[5]。王雪等学者通过对烘干滚筒的倾角、转速以及扬料叶片的数量等方面对料帘分布的影响进行研究，对于如何形成均匀料帘的影响因素做了详