This study aims to gain a fundamental understanding of the physics of triboelectri- cal charging of solid particles and the separation of the charged particles under an exter- nal DC electric field by computer simulations. A condenser model is used to implement charging mechanism and a soft sphere model is used to account for the Hertzian contact mechanics. The governing nondimensional parameters of the problem are identified and a parametric study is performed to investigate their effects on the charging efficiency and separation. The study finds relevance in a host of technologically important processes, such as recycling of plastic wastes, seed cleaning in agricultural industry and separation of coal from impurities in mining.

Viele Arbeitsprozesse in der Bau- und Fördermaschinentechnik, Lebensmittelindustrie oder Verfahrenstechnik sind gekennzeichnet durch die Interaktion mit Schüttgütern. Beispiele hierfür sind die Gewinnung und der Transport von Erd- und Rohstoffen sowie die Verarbeitung von Getreide, Mais, Pellets oder Granulaten. Zur Abbildung der partikel-mechanischen Vorgänge hat sich die Diskrete Elemente Methode (DEM) als geeignetes Simulationsverfahren etabliert. Für eine prospektive Analyse der Wechselwirkungen zwischen Schüttgut und Maschine ist es notwendig diese Methodik mit einem domänen-übergreifenden Systemmodell zu verknüpfen. Es wird eine Lösung vorgestellt, welche eine geschlossene Modellierung und Simulation der DEM in der Software SimulationX ermöglicht.

Viele Arbeitsprozesse in der Bau- und Fördermaschinentechnik, Lebensmittelindustrie oder Verfahrenstechnik sind gekennzeichnet durch die Interaktion mit Schüttgütern. Beispiele hierfür sind die Gewinnung und der Transport von Erd- und Rohstoffen sowie die Verarbeitung von Getreide, Mais, Pellets oder Granulaten. Zur Abbildung der partikel-mechanischen Vorgänge hat sich die Diskrete Elemente Methode (DEM) als geeignetes Simulationsverfahren etabliert. Für eine prospektive Analyse der Wechselwirkungen zwischen Schüttgut und Maschine ist es notwendig diese Methodik mit einem domänen-übergreifenden Systemmodell zu verknüpfen. Es wird eine Lösung vorgestellt, welche eine geschlossene Modellierung und Simulation der DEM in der Software SimulationX ermöglicht.

Um das Fließverhalten von Granulaten in dünnwandigen Metallsilos auch mikroskopisch detailliert beschreiben zu können, ist es wichtig, beide Kontaktpartner (Granulat und elastische Wand) detailliert abbilden zu können. Granulate können vereinfacht als Kugeln betrachtet werden, weswegen die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) hierfür geeignet ist. Die elastische Verformung der Metallwand kann mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) berechnet werden. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Simulation zu entwickeln, welche für beide Kontaktpartner eine gemeinsame Simulationsumgebung schafft. Dabei sollen zu Beginn einfache Beispiele für den Kontakt von Granulat und Festkörperstrukturen erarbeitet werden, die verschiedene Lastfälle abdecken. Um die Simulationsergebnisse bewerten zu können, sollen die Beispiele so gewählt werden, dass die Simulationen analytisch oder numerisch validiert werden können.

In vielen Bereichen der Tagebautechnik spielt die Zerkleinerung von Material/ -strömen eine wesentliche Rolle, wobei sich je nach Material verschiedene Anforderungen an das Brechersystem ergeben. In Folge dessen werden Brecher auftragsspezifisch, meist für einen speziellen Gesteinstyp oder Einsatzort entwickelt oder modifiziert. Eine aussagekräftige Prognose der im Bruchprozess auftretenden Lasten auf den Brecher ist somit essentieller Bestandteil im Entwicklungsprozess. Ein viel versprechender Ansatz, um das Materialverhalten in der Lastprognose zu berücksichtigen, ist die numerische Simulation des Materialbruchverhaltens mit Hilfe der Diskreten-Elemente-Methode (DEM). Das Verhalten der sogenannten Partikel wird über Kontakt- und bond-Modelle beschrieben und soll das makroskopische Verhalten des jeweiligen Gesteins möglichst realitätsnah abbilden. Die Problematik ist, dass in SimulationX® keine Module zur DEM-Simulation vorhanden sind und umgekehrt in der DEM-Simulationsumgebung LIGGGHTSG® (LAMMPS improved for general granular and granular heat transfer simulations) keine derartige Maschinensimulation möglich ist. Der Ausweg ist die Co-Simulation zweier unterschiedlicher Simulationsumgebungen durch die Nutzung des ,,Functional Mock-Up Interface“-Standards (FMI). Berechnungsergebnis sind die dynamischen Lasten auf den Brecher unter Berücksichtigung des Materialverhaltens. Somit können früher in der Brecherentwicklung Prognosen zu auftretenden Lasten getroffen und Einflussuntersuchungen von Maschinenkonfigurationen zur Effizienzsteigerungen durchgeführt werden, was zuvor auf Grund des Einzelanfertigungscharakters nicht möglich oder nicht wirtschaftlich war.

In vielen Bereichen der Tagebautechnik spielt die Zerkleinerung von Material/ -strömen eine wesentliche Rolle, wobei sich je nach Material verschiedene Anforderungen an das Brechersystem ergeben. In Folge dessen werden Brecher auftragsspezifisch, meist für einen speziellen Gesteinstyp oder Einsatzort entwickelt oder modifiziert. Eine aussagekräftige Prognose der im Bruchprozess auftretenden Lasten auf den Brecher ist somit essentieller Bestandteil im Entwicklungsprozess. Ein viel versprechender Ansatz, um das Materialverhalten in der Lastprognose zu berücksichtigen, ist die numerische Simulation des Materialbruchverhaltens mit Hilfe der Diskreten-Elemente-Methode (DEM). Das Verhalten der sogenannten Partikel wird über Kontakt- und bond-Modelle beschrieben und soll das makroskopische Verhalten des jeweiligen Gesteins möglichst realitätsnah abbilden. Die Problematik ist, dass in SimulationX® keine Module zur DEM-Simulation vorhanden sind und umgekehrt in der DEM-Simulationsumgebung LIGGGHTSG® (LAMMPS improved for general granular and granular heat transfer simulations) keine derartige Maschinensimulation möglich ist. Der Ausweg ist die Co-Simulation zweier unterschiedlicher Simulationsumgebungen durch die Nutzung des ,,Functional Mock-Up Interface“-Standards (FMI). Berechnungsergebnis sind die dynamischen Lasten auf den Brecher unter Berücksichtigung des Materialverhaltens. Somit können früher in der Brecherentwicklung Prognosen zu auftretenden Lasten getroffen und Einflussuntersuchungen von Maschinenkonfigurationen zur Effizienzsteigerungen durchgeführt werden, was zuvor auf Grund des Einzelanfertigungscharakters nicht möglich oder nicht wirtschaftlich war.