DEM analiza protoka zrnastog materijala u statičkoj mešalici

Abstract

Statičke mešalice se koriste za mešanje pre glavnog procesa mešanja, čime se značajno smanje vreme mešanja i potrošnja energije. U ovom radu, prikazana je upotreba metode diskretnih elemenata (engl. Discrete Element Method - DEM) na modelovanje mešanja granula u različitim konfiguracijama statičkih mešača (korišćene su različite Komax i Ross konfiguracije za mešanje). Za modelovanje protoka fluida primenjena je metoda numeričke mehanike fluida (engl. Computational Fluid Dynamic - CFD), korišćenjem Ojlerovog dvofaznog modela. Povezivanjem rezultata ove dve metode dobija se pouzdan, dovoljno tačan i adekvatan model koji daje rezultate koji odgovaraju eksperimentalnim merenjima. Statičke mešalice se široko koriste u industiji prerade hrane, farmaceutskoj ili hemijskoj industriji. Ovaj tip mešalice se koristi uglavnom kao predmešač, pre glavnog mešanja, pri čemu se značajno smanjuje vreme mešanja i štedi energija. Za potrebe ovog rada, napravljene su statičke mešalice tipa Ross i Komax od providnog pleksiglasa, dizajnirane u CAD paketu, napravljene korišćenjem CNC glodalice. Pošto su napravljeni elementi bili prozirni, praćenje procesa mešanja granula je bilo i vizuelno. Praćene su i analizirane trajektorije, brzine i ubrzanja čestica, u cilju procene kvaliteta procesa mešanja. Glavni cilj ovog članka je da određivanje ponašanja granula koje se gravitaciono transportuju u različitim konfiguracijama mešalica i odabir najbolje konfiguracije mešalice, uzimajući u obzir ukupnu trajektoriju granule, broj elemenata za mešanje i kvalitet dobijene smeše. Rezultati numeričke simulacije statičkih mešalica upoređeni su sa eksperimentalnim rezultatima, a kvalitet mešanja ispitivan je kriterijumom relativne standardne devijacije. Uticaji tipa mešalice i broja elemenata za mešanje na proces mešanja su proučavani analizom varijanse (ANOVA).

Static mixer is used for premixing action before the main mixing process, for significant reduction of mixing time and energy consumption. In this article, the novel numerical approach called Discrete Element Method is used for modeling of granular flow in multiple static mixer applications, while the Computational Fluid Dynamic method was chosen for fluid flow modeling. The main aim of this article is to predict the behaviour of granules being gravitationally transported in different mixer configuration and to choose the best configuration of the mixer taking into account the total particle path, the number of mixing elements and the quality of the obtained mixture. The results of the numerical simulations in the static mixers were compared to experimental results, the mixing quality is examined by relative standard deviation criterion. The effects of the mixer type and the number of mixing elements on mixing process were studied using analysis of variance (ANOVA).