Имитационное моделирование процесса движения сыпучих материалов при разгрузке бункера

Abstract

Измельчение, фракционирование и хранение сыпучего сырья и готовой продукции является важной частью множества технологических процессов в различных отраслях промышленности, в том числе в деревопереработке. Актуальность темы обусловлена значительными объемами производства измельченной древесины, технологической щепы, древесных пеллет и необходимостью совершенствования процессов хранения и выгрузки продукции из бункеров. В работе исследован процесс выгрузки пеллет из технологического бункера. Были исследованы три варианта конструктивного исполнения бункеров с углами откоса стенок 40, 50 и 60°. Методология основана на применении компьютерного имитационного твердотельного моделирования в программном пакете Altair EDEM с обработкой результатов в виде статистического анализа в среде Statistica. В ходе работы установлены количественные зависимости между углом наклона стенок и выходными характеристиками выгрузки пеллет. Регрессионный анализ продемонстрировал высокую прогностическую способность моделей с коэффициентом детерминации R2 = 0,95 для скорости истечения и R2 = 0,93 для показателя массы. Результаты показывают, что угол откоса в 40° обеспечивает наилучшие показатели и производительность до 34,9 т/ч при времени загрузки 1 ч 26 мин. Моделирование процесса истечения показало наличие заторов в бункере, что с течением времени приведет к снижению производительности. При увеличении угла до 60° наблюдается критическое снижение производительности на 43 %. Практическая значимость работы подтверждена расчетами, показывающими возможность сокращения времени операций на 35–45 % при использовании бункеров с углами 40–50° по сравнению с таковой в конструкции, имеющей угол наклона стенок в 60°. Разработанная методика позволяет оптимизировать параметры технологического оборудования для предприятий деревообрабатывающей отрасли без необходимости создания натурных образцов. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании систем транспортировки сыпучих материалов на производственных объектах.

The crushing, fractionation, and storage of bulk raw materials and finished products are essential components of many technological processes in various industries, including woodworking. The relevance of this topic is determined by the significant production volumes of crushed wood, process chips, and wood pellets, and the need to improve the processes of storing and unloading products from process bunkers. This paper examines the process of unloading pellets from a process bunker. Three bunkers design options with wall slope angles of 40°, 50°, and 60° were investigated. The methodology is based on the use of computer simulation solid modeling in the Altair EDEM software package, with the results processed through statistical analysis in the Statistica environment. During the course of the research, quantitative relationships were established between the wall slope angle and the output characteristics of pellet unloading. Regression analysis demonstrated the high predictive ability of the models, with a determination coefficient of R2 = 0,95 for the flow rate and R2 = 0,93 for the mass indicator. The results show that an angle of inclination of 40° provides the best performance, ensuring a productivity of up to 34,9 t/h with a loading time of 1 hour 26 minutes. Simulation of the outflow process revealed the presence of blockages in the bunker, which will lead to a decrease in productivity over time. Increasing the angle to 60°, a critical decrease in productivity of 43 % is observed. The practical significance of the research is confirmed by calculations demonstrating the possibility of reducing operating time by 35–45 % when using bunkers with angles of 40–50° compared to a design with a wall angle of 60°. The developed method allows for the optimization of process equipment parameters for enterprises in the woodworking industry without the need for creating full-scale samples. The obtained results can be used in the design of bulk material handling systems at industrial facilities.