Труды КНЦ (Технические науки вып. 7/2023(14))

Keywords: mathematical model, magnetic-gravitational separation, laboratory experiment, similarity criterion Acknowledgments: the study was carried out within the framework of the state research programs of Putilov Institute for Informatics and Mathematical Modeling of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences (“Development of theoretical, organizational and technical foundations of information support for managing the resilience of regional critical infrastructures in the Arctic zone of the Russian Federation”, № 122022800547-3) and the Mining Institute of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences (“Advancement of physical, physicochemical and digital foundations for the development and industrial adaptation of effective technologies for the enrichment of various types of mineral raw materials”, No 122022800638-8). For citation: Oleynik A. G., Birukov V. V., Nikitin R. N. Initial stage of a mathematical model development for real-time control of magnetic-gravitational separation // Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 7. P. 102-111. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.7.011. Введение Предприятия по добыче и первичной переработке минеральных полезных ископаемых являются одними из важнейших элементов социально-экономических систем ряда регионов Арктической зоны Российской Федерации. Их успешное и устойчивое функционирование во многом связано с обеспечением жизнеспособности региональных подсистем и критических инфраструктур. Внедрение средств эффективного автоматизированного управления реализуемых на этих предприятиях технологических процессов способствует не только поддержанию конкурентоспособности предприятий, но и снижению оказываемой ими «экологической нагрузки». Основой работы систем автоматизированного управления технологическими процессами является математическая модель, описывающая зависимость характеристик продукта с параметрами процесса. Создание такой модели, алгоритмов и технических средств ее реализации, как правило, является результатом совместных исследований и разработок специалистов нескольких предметных областей. В настоящей работе представлен начальный этап исследований по созданию модели для управления процессом разделения компонентов ферромагнитных суспензий в магнитно-гравитационных сепараторах, используемых на предприятиях по обогащению магнетитовых руд. Магнитно-гравитационная (МГ) сепарация является эффективным методом производства магнетитовых концентратов. В аппаратах, реализующих данный метод сепарации компонентов минерального сырья, используется гравитационное осаждение частиц суспензии в стесненных условиях с их разделением по контрастным свойствам (прежде всего плотности и магнитной восприимчивости) в магнитно-стабилизированном ожиженном слое [1]. Большой вклад в изучение закономерностей этих разделительных процессов, разработку конструкций МГ-сепараторов и методик управления протекающими в них разделительными процессами внесли исследования ученых Горного института Кольского научного центра РАН, в том числе в сотрудничестве с представителями обогатительных предприятий [1-3]. Качественно новые результаты в данной области позволяет получить использование современных инструментов компьютерного моделирования [4, 5]. Применение методов и инструментов вычислительной гидродинамики (computational fluid dynamics-CFD), в частности Ansys Fluent [6], позволили создать и исследовать детальные модели течений многофазных сред, обеспечивающие вычисление параметров распределения давлений, скоростей, концентраций и температур в задаваемых объемах технологического оборудования [7-9]. В работе [8] предложен вариант модели МГ-сепаратора, состоящей из набора связанных однонаправленными потоками блоков. Каждый блок представляет собой завершенную модель определенного процесса в аппарате. Детально в работе рассмотрен формальный аппарат одного из блоков — модели формирования ожиженного слоя частиц суспензии в МГ-сепараторе с использованием уравнений быстрого агрегирования Смолуховского. Однако работа с такими моделями требует больших вычислительных и временных ресурсов, что позволяет их использовать в научных исследованиях, но не дает возможность применять их (по крайней мере пока) в практике управления технологическими процессами в реальном времени. Для практического применения необходимы модели, позволяющие в реальном времени технологического процесса получать оценки как характеристик продуктов сепарации, так и необходимых управляющих воздействий на параметры процесса с целью обеспечения необходимых характеристик Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 7. С. 102-111. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 7. P. 102-111. © Олейник А. Г., Бирюков В. В., Никитин Р. М., 2023 103