用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法
【專利摘要】用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，涉及金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的描繪領(lǐng)域。解決了渦流磁選技術(shù)在應(yīng)用的過程中無法準(zhǔn)確計(jì)算金屬顆粒在交變磁場下受到的電磁力以及無法精確描繪金屬顆粒在此電磁力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡的問題。本發(fā)明利用電磁場有限元分析軟件FLUX建立金屬顆粒和交變磁場幾何模型；對模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分；設(shè)置模型部件的物理屬性；定義傳感器，進(jìn)行得到關(guān)于電磁力的四維數(shù)據(jù)表格，根據(jù)位移和時(shí)間，查表求電磁力，利用牛頓第二定律，計(jì)算金屬顆粒各方向加速度，迭代計(jì)算下一時(shí)刻速度、位移，輸出金屬顆粒軌跡曲線。本發(fā)明適用于描繪金屬顆粒在交變磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡。
【專利說明】用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦流磁選【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的描繪領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]渦流磁選(VMS)技術(shù)的原理是沿轉(zhuǎn)子圓周安裝的永久磁鐵(或陣列線圈)隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生交變磁場，該磁場各處極性交替變化，頻率由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度決定。當(dāng)金屬顆粒落入此磁場時(shí)，產(chǎn)生一種電磁力，把金屬顆粒拋離轉(zhuǎn)子，不同材質(zhì)的金屬顆粒受到的電磁力不同，拋離的距離也不同；而交變磁場對非金屬顆粒不產(chǎn)生作用，因此按固有的軌跡卸到轉(zhuǎn)子下面。從而實(shí)現(xiàn)了不同物質(zhì)的選擇和分離。渦流磁選法可廣泛用于選別復(fù)雜礦石、金屬廢料回收以及其它工業(yè)處理。最初對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究工作的是英國的南安普敦大學(xué)和荷蘭的阿納姆市比利頓研究中心。與普通高梯度磁選(HGMS)相比，渦流磁選能以較快的處理速度同時(shí)獲得高品位和高回收率，并且大大減輕了一般適于低雷諾數(shù)的高梯度磁選所遇到的嚴(yán)重的機(jī)械挾帶問題而提高了磁性礦物的品位。同時(shí)因?yàn)樵摲椒ň哂懈叩牡V漿流動(dòng)速度，所以產(chǎn)量也較高，其磁性礦物的品位也能得到進(jìn)一步提高。磁性礦物品位得到提高的原因是粒度與邊界層厚度相比是一個(gè)重要參數(shù)，它可使磁選機(jī)在強(qiáng)磁性小粒度物料與弱磁性大粒度物料之間進(jìn)行選別，而這一點(diǎn) 用高梯度磁選是很難辦到的，然而將渦流磁選技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)和生活中的一個(gè)障礙是難于找到合適的方法準(zhǔn)確計(jì)算金屬顆粒在交變磁場下受到的電磁力以及在此電磁力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡，為渦流磁選技術(shù)的推廣和實(shí)際應(yīng)用帶來困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決渦流磁選技術(shù)在應(yīng)用的過程中無法準(zhǔn)確計(jì)算金屬顆粒在交變磁場下受到的電磁力以及無法精確描繪金屬顆粒在此電磁力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡的問題，提出了用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法。
[0004]用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法包括以下步驟:
[0005]步驟一、金屬顆粒初始時(shí)刻h在交變磁場中的速度V^x, y, z)=0,該金屬顆粒的初始位置坐標(biāo)(X，y, z)定義為初始位置S^x，y, z)，然后設(shè)定初始迭代次數(shù)i=0，最大迭代次數(shù)為N ；
[0006]步驟二、根據(jù)\時(shí)刻以及該時(shí)刻金屬顆粒所在位置的坐標(biāo)(X，y, z)查詢四維數(shù)據(jù)表格求出金屬顆粒在X、y和z三個(gè)方向上所受到的電磁力分別為F(x)、F(y)和F(z)；
[0007]步驟三、根據(jù)牛頓第二定律F=ma,以電磁力F(x)、F(y)和F(z)作為動(dòng)力項(xiàng)，計(jì)算出金屬顆粒在X、y和z三個(gè)方向的加速度；
[0008]步驟四、根據(jù)步驟三中計(jì)算出的金屬顆粒在x、y和z三個(gè)方向的加速度,計(jì)算出金屬顆粒在下一時(shí)刻ti+1的速度和所在位置的坐標(biāo)(X，y, z)；
[0009]步驟五、i=i+l；
[0010]步驟六、比較i是否等于N，如果是，則執(zhí)行步驟七，否則，執(zhí)行步驟二 ；[0011]步驟七、根據(jù)獲得的h時(shí)刻到tN_i時(shí)刻的所有金屬顆粒的坐標(biāo)(X，y, Z)繪制金屬顆粒位移隨時(shí)間的變化曲線，即獲得該金屬顆粒在交變磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0012]步驟二中所述的四維數(shù)據(jù)查詢表格中包含有交變磁場中的位置坐標(biāo)(x，y，z)及不同時(shí)刻該位置坐標(biāo)處在x、y和z三個(gè)方向上的電磁力F(x)、F(y)和F(z)。
[0013]所述四維數(shù)據(jù)查詢表格是采用下述方法獲得的:
[0014]步驟二一、采用三維有限元軟件FLUX3D建立金屬顆粒和交變磁場的幾何模型，且金屬顆粒的幾何模型的中心軸線與交變磁場的幾何模型的中心軸線不重合；
[0015]步驟二二、對金屬顆粒的幾何模型和交變磁場的幾何模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分；
[0016]步驟二三、設(shè)置仿真所需的物性參數(shù)；[0017]步驟二四、采用傳感器sensor提取在交變磁場中金屬顆粒在x、y和z三個(gè)方向所受的電磁力大小；
[0018]步驟二五、在FLUX后處理模塊中提取傳感器sensor的值，采用數(shù)據(jù)處理軟件形成位置坐標(biāo)(x，y，z)對應(yīng)的電磁力，最終形成四維數(shù)據(jù)表格。
[0019]有益效果:本發(fā)明通過FLUX有限元分析得到金屬顆粒在交變磁場中所受到的電磁力關(guān)于金屬顆粒在X、y和z三個(gè)方向上的位移和時(shí)間的四維數(shù)據(jù)表格，通過計(jì)算在不同時(shí)刻金屬顆粒在X、y和z三個(gè)方向上的位移，即可利用表格查詢到該時(shí)刻金屬顆粒在交變磁場中所受到的電磁力，根據(jù)牛頓第二定律，將該電磁力作為動(dòng)力項(xiàng)分別計(jì)算出金屬顆粒在x、y和z三個(gè)方向上的加速度，然后計(jì)算下一時(shí)刻金屬顆粒的速度和位移，循環(huán)進(jìn)行計(jì)算最終輸出金屬顆粒在交變磁場中位移隨時(shí)間的變化曲線，即描繪出金屬顆粒在交變磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡，本發(fā)明所提供的方法步驟簡單，只需設(shè)定必要的物性參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)，為渦流磁選技術(shù)的推廣和實(shí)際應(yīng)用起到了重要作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為【具體實(shí)施方式】一所述用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法的流程圖；
[0021]圖2為【具體實(shí)施方式】三所述的獲得靜態(tài)磁場力關(guān)于金屬顆粒在x、y和z三個(gè)方向上的位移和時(shí)間的四維數(shù)據(jù)表格的方法的流程圖；
[0022]圖3為采用三維有限元軟件FLUX3D建立的金屬顆粒和交變磁場的幾何模型示意圖；
[0023]圖4為對金屬顆粒的幾何模型和交變磁場的幾何模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1說明本【具體實(shí)施方式】，本【具體實(shí)施方式】所述的用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法包括以下步驟:
[0025]步驟一、金屬顆粒初始時(shí)刻tQ在交變磁場中的速度VQ(x, y, z)=0,該金屬顆粒的初始位置坐標(biāo)(X，y, z)定義為初始位置S^x，y, z)，然后設(shè)定初始迭代次數(shù)i=0，最大迭代次數(shù)為N ；
[0026]步驟二、根據(jù)ti時(shí)刻以及該時(shí)刻金屬顆粒所在位置的坐標(biāo)(X，y, z)查詢四維數(shù)據(jù)表格求出金屬顆粒在X、y和Z三個(gè)方向上所受到的電磁力分別為F(x)、F(y)和F(z)；
[0027]步驟三、根據(jù)牛頓第二定律F=ma，以電磁力F(x)、F(y)和F(z)作為動(dòng)力項(xiàng)，計(jì)算出金屬顆粒在X、y和z三個(gè)方向的加速度；
[0028]步驟四、根據(jù)步驟三中計(jì)算出的金屬顆粒在x、y和z三個(gè)方向的加速度,計(jì)算出金屬顆粒在下一時(shí)刻ti+1的速度和所在位置的坐標(biāo)(X，y, z)；
[0029]步驟五、i=i+l；
[0030]步驟六、比較i是否等于N，如果是，則執(zhí)行步驟七，否則，執(zhí)行步驟二 ；
[0031]步驟七、根據(jù)獲得的、時(shí)刻到^時(shí)刻的所有金屬顆粒的坐標(biāo)(X，y, z)繪制金屬顆粒位移隨時(shí)間的變化曲線，即獲得該金屬顆粒在交變磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0032]【具體實(shí)施方式】二、本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】一所述的用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法的區(qū)別在于，步驟二中所述的四維數(shù)據(jù)查詢表格中包含有交變磁場中的位置坐標(biāo)(X，y, z)及不同時(shí)刻該位置坐標(biāo)處在x、y和z三個(gè)方向上的電磁力F(x)、F(y)和F⑴。
[0033]【具體實(shí)施方式】三、結(jié)合圖2說明本【具體實(shí)施方式】，本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】二所述的用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法的區(qū)別在于，所述四維數(shù)據(jù)查詢表格是采用下述方法獲得的:
[0034]步驟二一、采用三維有限元軟件FLUX3D建立金屬顆粒和交變磁場的幾何模型，且金屬顆粒的幾何模型的中心軸線與交變磁場的幾何模型的中心軸線不重合；
[0035]步驟二二、對金屬顆粒的幾何模型和交變磁場的幾何模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分；
[0036]步驟二三、設(shè)置仿真所需的物性參數(shù)；
[0037]步驟二四、采用傳感器sensor提取在交變磁場中金屬顆粒在x、y和z三個(gè)方向所受的電磁力大??；
[0038]步驟二五、在FLUX后處理模塊中提取傳感器sensor的值，采用數(shù)據(jù)處理軟件形成不同時(shí)刻位置坐標(biāo)(x，y，z)對應(yīng)的電磁力，最終形成四維數(shù)據(jù)表格。
[0039]根據(jù)本【具體實(shí)施方式】所述的四維數(shù)據(jù)查詢表格獲得方法，提供一個(gè)實(shí)例以支持本實(shí)施方式所述的方法:
[0040]1)采用三維有限元軟件FLUX3D建立金屬顆粒和交變磁場的幾何模型，如圖3所示，A為金屬顆粒的幾何模型，B為交變磁場的幾何模型，金屬顆粒的幾何模型的中心軸線與交變磁場的幾何模型的中心軸線不重合；
[0041]2)對金屬顆粒的幾何模型和交變磁場的幾何模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，如圖4所示；
[0042]3)設(shè)置仿真所需的物性參數(shù)；
[0043]4)利用FLUX3D自帶的傳感器sensor提取金屬顆粒在交變磁場不同位置受到的X、y、z三個(gè)方向的電磁力；
[0044]5)使用matlab數(shù)據(jù)處理軟件將金屬顆粒在不同時(shí)刻和不同位置受到的電磁力做
成四維表格， 所述表格如下表所示。
[0045]
【權(quán)利要求】
1.用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，其特征在于，它包括以下步驟:步驟一、金屬顆粒初始時(shí)刻h在交變磁場中的速度Vd (X，y, z)=0,該金屬顆粒的初始位置坐標(biāo)(X，y, z)定義為初始位置Sjx，y, z)，然后設(shè)定初始迭代次數(shù)i=0，最大迭代次數(shù)為N；步驟二、根據(jù)\時(shí)刻以及該時(shí)刻金屬顆粒所在位置的坐標(biāo)(X，y, z)查詢四維數(shù)據(jù)表格求出金屬顆粒在X、y和z三個(gè)方向上所受到的電磁力分別為F(x)、F(y)和F(z)；步驟三、根據(jù)牛頓第二定律F=ma,以電磁力F(x)、F(y)和F(z)作為動(dòng)力項(xiàng),計(jì)算出金屬顆粒在X、y和z三個(gè)方向的加速度；步驟四、根據(jù)步驟三中計(jì)算出的金屬顆粒在x、y和z三個(gè)方向的加速度，計(jì)算出金屬顆粒在下一時(shí)刻ti+1的速度和所在位置的坐標(biāo)(X，y, z)；步驟五、i=i+l ；步驟六、比較i是否等于N，如果是，則執(zhí)行步驟七，否則，執(zhí)行步驟二 ；步驟七、根據(jù)獲得的h時(shí)刻到tN_i時(shí)刻的所有金屬顆粒的坐標(biāo)(X，y, z)繪制金屬顆粒位移隨時(shí)間的變化曲線，即獲得該金屬顆粒在交變磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，其特征在于，步驟二中所述的四維數(shù)據(jù)查詢表格中包含有交變磁場中的位置坐標(biāo)(x，y，z)及不同時(shí)刻該位置坐標(biāo)處在X、y和z三個(gè)方向上的電磁力F(x)、F(y)和F(z)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，其特征在于，所述四維數(shù)據(jù)查詢表格是采用下述方法獲得的:步驟二一、采用三維有限元軟件FLUX3D建立金屬顆粒和交變磁場的幾何模型，且金屬顆粒的幾何模型的中心軸線與交變磁場的幾何模型的中心軸線不重合；步驟二二、對金屬顆粒的幾何模型和交變磁場的幾何模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分；步驟二三、設(shè)置仿真所需的物性參數(shù)；步驟二四、采用傳感器sensor提取在交變磁場中金屬顆粒在x、y和z三個(gè)方向所受的電磁力大小；步驟二五、在FLUX后處理模塊中提取傳感器sensor的值，采用數(shù)據(jù)處理軟件形成位置坐標(biāo)(x，y，z)對應(yīng)的電磁力，最終形成四維數(shù)據(jù)表格。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于描繪金屬顆粒在交變磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，其特征在于，步驟二三中設(shè)置仿真所需的物性參數(shù)包括求解器的選擇、邊界條件的設(shè)置、金屬顆粒磁化曲線的設(shè)置、電阻率的設(shè)置、永磁體初始磁導(dǎo)率的設(shè)置和剩磁的設(shè)置。
【文檔編號】G06F17/50GK103646153SQ201310726492
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】任萬濱, 呂超, 常成, 宋福川 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)