Verifikace a validace DEM modelů sypkých hmot v aplikaci na korečkové elevátory a možnosti řešení reálné aplikace v praxi

Daniel Gelnar

Doctoral thesis

The Verification and Validation of DEM Models of the Bulk Materials in the application for the bucket elevators and the possible solutions in practice

Abstract:

ANOTACE DISERTAČNÍ PRÁCE Gelnar, D. Verifikace a validace DEM modelů sypkých hmot v aplikaci na korečkové elevátory a možnosti řešení reálné situace v praxi při plnění a vyprazdňování korečků. Ostrava: Institut dopravy, Fakulta strojní VŠB – Technická univerzita Ostrava, 2015, školitel: Zegzulka, J. Disertační práce se zabývá problematikou inovativního návrhu a optimalizace korečkových elevátorů a dopravních procesů na tomto zařízení. V úvodní části disertační práce je uveden zjednodušený popis korečkových elevátorů a problematika plnění a vyprazdňovaní těchto zařízení se základními výpočetními vztahy. Dále je popsán současný způsob návrhu těchto zařízení s podporou 3D programů a nový, vylepšený způsob návrhu a optimalizace pomocí metody DEM. Vlastní část disertační práce se zabývá optimalizací plnění a vyprazdňování korečkových elevátorů s využitím metody diskrétních prvků. Nejdříve jsou provedena měření mechanicko-fyzikálních vlastností zvolených materiálů, která slouží jako vstupní hodnoty do simulační metody. Dále je navrženo prostředí, ve kterém simulace probíhá, což je tvorba 3D modelu korečkového elevátoru, u kterého jsou dále naprogramovány příslušné pohyby, rychlosti a geometrie, z kterých se generuje vstupující dopravovaný materiál. Použitelnost a přesnost vypočítaných simulačních výsledků je třeba ověřit s reálnými výsledky. Disertační práce proto pokračuje validací dynamického toku partikulární hmoty na nově navrženém patentovaném validačním korečkovém elevátoru. Po ověření pravdivosti simulačních výstupů v hlavě zařízení jsou vypočteny simulace i v patě korečkového elevátoru. Všechny tyto výsledky jsou dále využity k optimalizaci validačního stroje. Práce pokračuje použitím nové metody návrhu k optimalizaci korečkového elevátoru, který bude v průmyslu využíván pro dopravu abraziva. Na tomto zařízení je provedena simulační optimalizace vstupu a výstupu materiálu. V závislosti na vypočtených výsledcích jsou navrženy základní konstrukční úpravy pro zvýšení účinnosti tohoto zařízení. V závěru disertační práce jsou zhodnoceny optimalizační výsledky a možnosti, jak dále vylepšit a zpřesnit tuto inovativní metodu návrhu.

Abstract:

ANNOTATION OF THE DISSERTATION Gelnar, D. The Verification and Validation of DEM Models of the Bulk Materials in the Application for the Bucket Elevators and the Possible Practical Solutions. Ostrava: Institute of Transport, Faculty of Mechanical Engineering VŠB – Technical University of Ostrava, 2015, Thesis, supervisor: Zegzulka, J. The thesis deals with the innovative design and optimization of bucket elevators and their transport processes. The first part of the thesis is focused on a basic description of bucket elevators and the issue of filling and emptying of these devices with basic computing formulas. This part of the thesis also describes the current method of the design of these devices with 3D programs and an improved method of the design and optimization using the DEM method. The main part of the thesis deals with the optimization of filling and emptying of the bucket elevators using the method of discrete elements. The first step involves the measuring of the mechanical and physical properties of the selected materials which are used as input of the simulation method. Then a 3D model of the bucket elevator as an environment for the simulation is designed and the relevant movements, speed and geometry are programmed from which the incoming transported material is generated. The application and accuracy of the calculated simulation results are necessary to verify with real results. Therefore, the thesis continues with the validation of the dynamic flow of the particulate material on the innovated and patented validation bucket elevator. After the verification of the simulation output in the head of the device, the simulations are also calculated in the base of the bucket elevator. All these results are used for the optimization of the validation machines. The thesis continues to describe the new method to optimize the bucket elevator, which will be used for the transport of abrasives in industry. The optimization of the input and output is provided for this device. Based on these results the modifications for the design are proposed to increase the efficiency of this device. In the conclusion of this thesis optimization results are evaluated and the improvements for this innovative method are described.

Keywords

korečkový elevátor, koreček, metoda diskrétních prvků, DEM, validace, optimalizace, sypká hmota

Keywords

bucket elevator, bucket, discrete element method, DEM, validation, optimization, bulk material

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 8. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 1. 4. 2016
• Supervisor: Jiří Zegzulka
• Reader: Jiří Malášek, Petr Bortlík, Marián Peciar

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Dopravní a manipulační technika