عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی واحدهای فرآوری مواد معدنی به روش اجزای گسسته- توسعه یک نرم افزار
- رشته تحصیلی
- مهندسی معدن -فرآوری موادمعدنی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3009;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69560
- تاریخ دفاع
- ۲۷ مرداد ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمد جهانی چگنی
- استاد راهنما
- محمد نوع پرست, اکبر فرزانگان
- چکیده
- با توجه به زمان بر و پرهزینه بودن تست های آزمایشگاهی، نیمه صنعتی و صنعتی مربوط به واحدهای فرآوری مواد معدنی از جمله واحدهای خردایش، سرندکنی و ذخیره‌سازی مواد، امروزه روش های مدل سازی و به ویژه روشهای مدل سازی عددی و شبیه سازی های کامپیوتری به عنوان ابزارهای کمکی و تکمیلی به محققان کمک می کنند تا بهترین گزینه ها را برای این تست ها انتخاب نمایند. روش اجزای گسسته (راگ) روشی مناسب برای مدل سازی عددی و شبیه سازی جریان ذرات در این واحدها است. با استفاده از این روش، پیش بینی الگوی حرکت ذرات و مقدار توان مصرفی آسیاهای آزمایشگاهی و صنعتی (مانند آسیاهای گلوله ای و نیمه خودشکن) و نیز بررسی عملکرد سرندهای آزمایشگاهی و صنعتی و شبیه سازی عملیات سرندکنی آن ها امکان پذیر است. با وجود این، دسترسی به نرم افزارهای تجاری موجود در زمینه راگ به علت هزینه بالا بسیار مشکل است و یافتن جانشین مناسبی برای آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش، نرم‌افزاری بر پایه «متن باز» تهیه شد که با توجه به مشخصات آن جایگزین مناسبی برای نرم‌افزارهای تجاری می باشد. از آنجایی که واحد آسیاکنی توسط محققان مختلف در دنیا به وسیله روش اجزای گسسته شبیه سازی شده است، اما واحد سرندکنی به علت زمان بر بودن شبیه سازی ها (به خاطر وجود روزنه های فراوان در سرند) کمتر از واحد مذکور مورد توجه محققان قرار گرفته است، در این رساله واحد سرندکنی به عنوان واحد فرآوری جهت انجام شبیه سازی ها و اعتبارسنجی نرم‌افزار انتخاب شد. پس از انتخاب واحد سرندکنی برای انجام شبیه سازی ها، از بین انواع سرندها، سرندهای موزی شکل صنعتی و آزمایشگاهی به دلیل جدیدبودن و اهمیت و کاربرد آن ها در فرآوری زغال سنگ و کانسنگ آهن به عنوان واحد فرآوری مواد معدنی مورد مطالعه در این رساله انتخاب شدند. در این رساله مراحل تهیه و اعتبارسنجی یک بسته نرم افزاری کاملاً جدید و قدرتمند که به صورت متن باز است و در سیستم عامل لینوکس قابل اجرا می باشد، گزارش می‌شود. این بسته نرم افزاری LIGGGHTS (لایتز) نام دارد و هدف اصلی از انجام این پژوهش توسعه این نرم افزار به گونه ای است که قادر به شبیه سازی واحدهای فرآوری مواد معدنی باشد. در این راستا، شبیه سازی سرندهای موزی شکل آزمایشگاهی و صنعتی با استفاده از روش اجزای گسسته و با استفاده از نرم افزار مذکور، موضوع رساله و اعتبارسنجی آن می‌باشد. در این پژوهش، یک سرند موزی دو طبقه صنعتی با پنج پنل و دو سرند موزی یک طبقه آزمایشگاهی با سه و پنج پنل شبیه سازی شدند. اثرات پارامترهای طراحی شامل زاویه شیب هر یک از پنل ها، دامنه ارتعاش و بسامد ارتعاش بر عملکرد سرندکنی سرند صنعتی و سرندهای آزمایشگاهی (هر دو) مورد مطالعه قرار گرفته اند. همچنین اثرات پارامترهای عملیاتی شامل زمان شبیه سازی و توزیع اندازه ذرات خوراک بر عملکرد سرندکنی سرند صنعتی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج شبیه سازی ها بر حسب کمیت های شناخته شده و قابل فهم برای مهندسان یعنی بازدهی سرند و بازیابی سرندکنی بیان شدند. به منظور اعتبار بخشیدن به نتایج شبیه سازی ها، پارامتری به نام عدد جدایش تعریف شد. مقایسه اعداد جدایش شبیه سازی های مربوط به سرندهای آزمایشگاهی با اعداد جدایش موجود در متون (اطلاعات کتابخانه ای) تطابق خوبی را نشان می دهد که شبیه سازی های راگ و نرم افزار استفاده شده را اعتبارسنجی می کند. همچنین نتایج بیانگر آن هستند که سرندهای صنعتی و آزمایشگاهی رفتار کاملاً متفاوتی را نسبت به تغییر پارامترهای طراحی از خود نشان می دهند.
- Abstract
- Regarding that laboratory, semi-industrial, and indusrtial tests related to mineral processing units including comminution, screening, and material storage units are time-consuming and costly, nowadays modeling approaches and specially numerical modeling methods and computer simulations as auxiliary and supplementary tools help researchers to choose the best options for these tests. The Discrete Element Method (DEM) is a suitable method for numerical modeling and simulation of particle flow in these units. Using this method, prediction of particle motion pattern and the amount of power consumption of laboratory and industrial mills (such as ball and SAG mills) as well as investigation of the performance of laboratory and industrial screens and simulation of their screening performance is possible. However, accessibility to the existing commercial softwares in the field of DEM due to the high cost is very difficult and finding a suitable replacement for them is of particular importance. In this research, a software based on “open source” was prepared which regarding its specifications is a suitable alternative for commercial softwares. Since milling unit is frequently simulated by researchers around the world through the Discrete Element Method but the screening unit due to its simulations are time-consuming (because of the numerous holes in the screen) has been considered less than that unit by researches, in this thesis the screening unit as a mineral processing unit is selected to perform simulations. Having selected the screening unit for conducting simulations, among all screen types, industrial and laboratory banana screens, because of being new and their importance and application in the processing of coal and iron ore, are selected as a mineral processing unit studied in this research. In this thesis, the preparation and validation of a totally new and powerful software package which is open source and runs on the Linux operating systems is reported. This software package is LIGGGHTS and the main objective of this study was the development of this software to be able to simulate the mineral processing units. In this regard, the simulation of the laboratory and industrial banana screens using the Discrete Element Method and using this software was the subject of this thesis and its validation. In this research, an industrial double-deck banana screen with five panels and two laboratory single-deck banana screens with three and five panels were simulated. Effects of design parameters including incline angle of each panel, vibration amplitude and vibration frequency on screening performance of both the industrial screen and laboratory screens were studied. Also, the effects of operational parameters including simulation time and feed particle size distribution on screening performance of the industrial screen were examined. Simulation results were expressed in terms of recognized and comprehensible quantities for engineers, i.e., screen efficiency and screening recovery. To validate simulation results, a parameter named partition number was defined. Comparison of the partition numbers of simulations related to the laboratory screens with those available in the literature demonstrated a good agreement which validates the DEM simulations and the used software. Besides, the results indicate that the industrial and laboratory screens show a totally different behavior with respect to changes in design parameters.
