[发明专利]基于组合超椭球模型的颗粒系统的仿真分析方法

说明书

本发明公开了基于组合超椭球模型的颗粒系统的仿真分析方法，包括以下步骤：(1)根据真实颗粒的尺寸和形状，确定构成颗粒的子超椭球的形状、尺寸和个数；(2)通过超椭球模型构建子超椭球，再根据真实颗粒的尺寸赋予子超椭球颗粒模型不同的坐标位置，组合子超椭球，构成颗粒的组合超椭球模型；(3)将步骤(2)得到的组合超椭球模型应用于离散单元仿真，模拟工业过程中的颗粒系统，得到仿真结果。本发明提供的仿真分析方法解决了因为颗粒模型的构建与真实颗粒不符的问题，而导致的仿真结果的不准确；提升了对颗粒系统的仿真结果的真实性，满足了实际仿真的需要；将仿真结果应用于实际工业过程，提高了生产效率。

技术领域

本发明涉及颗粒系统领域，尤其涉及基于组合超椭球模型的颗粒系统的仿真分析方法。

背景技术

自然界存在着大量的颗粒材料，获取颗粒运动的规律，对于改善许多工业过程具有重要意义。离散单元法是研究颗粒系统的较为主要的仿真手段，其中，颗粒模型的精确程度对于仿真结果具有较大的影响。球形颗粒间建模较为简单，而对于一些非球形颗粒，目前主要采用的颗粒模型主要有超椭球模型、组合球模型、多面体模型等。

而对于以上颗粒模型，均存在一定的缺点和不足：

组合球模型是通过组合球形颗粒来实现复杂颗粒的构建，多面体模型则是通过不同面的拼接来实现复杂颗粒的构建。从理论上来说，组合球模型和多面体模型可以构建出任何形状的颗粒，但组合球模型和多面体模型的颗粒精度不高，得到的颗粒模型与真实颗粒相比存在一定的差距，从而影响仿真结果的真实性。超椭球模型可以精确的构建一些非球形颗粒，例如柱状颗粒、盘状颗粒、椭球颗粒等。但对于一些形状较为复杂的非球形颗粒，通过超椭球模型是无法得到的。

工业产品和工业过程中经常涉及到颗粒系统，如粉体制备装置、散体处理装置、土方机械、颗粒与流体、颗粒与结构等产品或领域。具体地，如旋转滚筒、药物包衣和颗粒填充等工业生产过程。

旋转滚筒广泛应用于许多加工行业，例如食品，制药，化学和陶瓷加工业等，涉及到的工业过程包括混合、加热、冷却和干燥等，在这些工业工程中都存在颗粒系统的运动。

对药品进行包衣的工厂车间，要对所选择的工艺参数进行监测控制以获得所期望的最终产品的质量。这些工艺参数通常是全局性的，并且可能包括如包衣容器的压力、供应包衣容器的气体和包衣液的流速和温度等。然而，这种全局性工艺参数的对包衣过程的影响，以及最终对最终产品的包衣性能的影响，只能在特定车间中从经验中知道。这样，对于每一个具体的车间要通过大量的试验来开发加工方案。例如，在扩大工艺规模过程中当包衣容器的尺寸或形状变化时，颗粒的局部环境可能被改变。为了重新得到最终产品的相同包衣性能这就要求耗时的测量和调整。

而很多药品具有不规则形状，为复杂的非球形颗粒，而现有技术构建的药物颗粒模型往往不能完全符合药物颗粒的实际形状，进而造成药物包衣过程的仿真结果与真实性相差甚远，将仿真结果应用于药物包衣生产过程控制，会出现较大的偏差，降低生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供基于组合超椭球模型的颗粒系统的仿真分析方法，解决了因为颗粒模型的构建与真实颗粒不符的问题，而导致的仿真结果的不准确；提升了对颗粒系统的仿真结果的真实性，满足了实际仿真的需要；将仿真结果应用于实际工业过程，提高了生产效率。

基于组合超椭球模型的颗粒系统的仿真分析方法，包括以下步骤：

(1)根据真实颗粒的尺寸和形状，确定构成颗粒的子超椭球的形状、尺寸和个数；

(2)通过超椭球模型构建子超椭球，再根据真实颗粒的尺寸赋予子超椭球颗粒模型不同的坐标位置，组合子超椭球，构成颗粒的组合超椭球模型；

(3)将步骤(2)得到的组合超椭球模型应用于离散单元仿真，模拟工业过程中的颗粒系统，得到仿真结果。