YS ICS 77.120 CCS H60 中华人民共和国有色金属行业标准 YS/T XXXXXXXX 有色金属行业数字仿真通用技术要求 General technical requirements for digital simulation of non-ferrous metal industry （报批稿） 20XX-XX-XX 发布 20XX-XX-XX实施 发布 中华人民共和国工业和信息化部 YS/TXXXX-XXXX 目 次 前言 II 范围 2. 规范性引用文件 3术语和定义 总体框架， 4 5 基本流程， 技术要求 6 结果输出... 7 附录A（资料性）网格局部加密及网格质量控制. 附录B（资料性） 有色金属行业数字仿真计算硬件要求， 附录C（资料性）有色金属行业典型设备、部件、系统或工艺过程推荐的仿真分析方向. 附录D（资料性）仿真报告模板， 13 参考文献. 15 YS/TXXXXXXXX 前言 本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起 草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国有色金属标准化技术委员会（SAC/TC243）提出并归口。 本文件起草单位：中国恩菲工程技术有限公司、中铝智能科技发展有限公司、中国科学院过程工程 研究所、天津大学、北京化工大学、中南大学、湖南有色金属控股集团有限公司、中铝材料应用研究院 有限公司、大冶有色金属有限责任公司。 本文件主要起草人：姚心、郭天宇、杨超、朱亮、李倩、刘丽艳、文利雄、陈卓、朱益璋、黄东男、 骆祎、陈斯、李毅飞、张广积、周奇、李清、庞慧、李立。 YS/TXXXXXXXX 有色金属行业数字仿真通用技术要求 1范围 本文件规定了有色金属行业数字仿真的总体框架、基本流程、技术要求和结果输出。 本文件适用于有色金属行业采选、冶炼和加工领域相关设备、部件、系统或工艺过程数字仿真的实 施过程。 2规范性引用文件 2 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件。 GB3100国际单位制及其应用 GB3101有关量、单位和符号的一般原则 GB/T31054-2014机械产品计算机辅助工程有限元数值计算术语 GB/T33582-2017机械产品结构有限元力学分析通用规则 3术语和定义 GB/T31054-2014、GB/T33582-2017界定的以及下列术语和定义适用于本文件， 3. 1 数字仿真digitalsimulation 将物理过程数字化，采用近似数学方法进行计算机模拟，以开展分析和研究的过程 3. 2 系统仿真 systemsimulation 根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为 过程的、具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型进行试验或定量分析，以获得最优决策所需各种信息 的过程。 ［来源：GB/T42383.5-2023，定义3.1，有修改] 4总体框架 有色金属行业数字仿真涵盖流体仿真、结构仿真、电磁场仿真、颗粒相仿真、多物理场耦合仿真、 系统仿真等数字仿真方向，总体框架如图1所示。 YS/T XXXXXXXX 实验数据、生产数据 工艺优化、决策辅助 生产、实验等场景 分析验证 生产工艺、设备优化 生产运行数据 流体仿真 结构仿真 ①流体力学关键场分布 ①设备结构应力、应变仿真 系统仿真 （如速度分布、压强分布等） ②设备振动特性及响应 设备机理 ②流体运动形态及运行轨迹 ④设备强度、刚度、疲劳寿 数据模型 ①设计方案评估 ②物流系统优化 ③多相混合体系分析 命和稳定性分析 ③过程动态仿真 ④生产辅助决策 电磁场仿真 颗粒相仿真 动态平衡分析 ②生产预测预警 生产工艺优化 ③数字化应急演练 ①颗粒运行轨连分析 ①磁感应强度、加热功率分析 ②颗粒停留时间分析 ②电磁力、电流密度失量分析 ③颗拉-颗粒、颗拉-设备相 ③电感、电容、阻抗分析 互作用力 多物理场耦合仿真 ①电磁-温度-流体分析 ②流体-结构分析 ②流体-颗粒分析 ④颗粒-结构分折 模型构建、边界条件设置 文献数据、实验数据、生产数据驱动 图1 有色金属行业数字仿真总体框架图 5基本流程 有色金属行业数字仿真的基本流程包括：仿真方案制定、仿真建模、仿真计算、仿真分析、结果评 估、结果输出，如图2所示。 方案改进 仿真方案制定 立 模型修正 仿真建模 不 仿真计算 木 仿真分析 不满足 要求 结果评估 满足要求 结果输出 图2 数字仿真基本流程图 2 YS/T XXXXXXXX 6技术要求 6.1总体要求 有色金属行业数字仿真的具体要求如下： a）应对仿真模型和仿真结果的可靠性、准确性进行验证与确认，确保在可接受偏差范围内尽可能 真实反映被仿真对象的实际情况； b) 仿真过程应由文献数据、实验数据或生产数据驱动，仿真模型和仿真结果应能根据输入数据动 态更新，并反映被仿真对象的状态变化； c） 仿真结果应满足工程实际需要。 6.2仿真方案制定 在进行有色金属行业数字仿真工作之前，应制定仿真方案。具体内容包括： a）确定仿真目标，应确定数字仿真分析的目标和范围； b）确定仿真内容，应根据仿真目标确定仿真分析的对象和具体内容，以及仿真分析所能达到的预 期效果； c） 制定仿真分析的技术路线，应根据仿真目标、仿真内容、仿真分析的方向、模型和方法，制定 仿真分析的技术路线。 6.3仿真建模 6.3.1 关键要素 应建立可描述仿真目标的数学物理模型，关键要素如下： a）几何模型：应根据仿真目标，对模型进行适当简化处理； 定解条件：应针对仿真目标设定符合实际情况的定解条件，包括初始条件和边界条件； C （P 空间结构类型：应针对系统仿真中模型所处空间进行描述： 材料要素：应针对仿真计算中所用到的材料或介质进行材料物理参数添加； e)7 f) 模型检查：应从网格质量、输入参数、边界条件等方面对所建立模型进行检查 6.3.2几何模型 6.3.2.1建立几何模型前，应设定坐标系、单位制。坐标系由右手定则来确定，宜采用笛卡尔直角坐标 系，必要时可选用柱坐标系或球坐标系。分析建模时应定义全局坐标系，当模型载荷、约束或结果显示 应统一且简洁，根据问题特点选择SI单位制或其他单位制。 6.3.2.2几何模型的建立可采用以下两种方法： a）导入法：将设计模型导入仿真分析前处理软件进行建模。 b）直接建模法：采用仿真分析前处理软件直接建模。 6.3.2.3几何模型构建原则如下： a）几何模型应简洁准确地表达采选、冶炼和加工相关过程设备、部件或介质的几何信息； b) 在满足计算精度要求的情况下，尽量简化模型； c）几何模型在三维空间具有对称性时，可采用二分之一、四分之一的三维空间结构；几何模型在 三维空间具有轴对称性，且仅描述截断面上的参数特征时，可采用二维轴对称空间结构 6.3.3网格划分 3 YS/T XXXXXXXX 网格划分的具体要求如下： a)P 网格贴合几何特征：网格应与几何形状保持良好的贴合，应在曲面、曲线、孔边等区域，确保 网格准确反映几何细节： b) 网格疏密程度：网格应精细，且尺寸应符合所使用数学模型的要求。在结构变化大、曲率曲面 变化大、载荷变化大或异种材料连接处、流体流动复杂区域（如边界层、涡流生成区）、物理 参数（如应力、压强、速度、温度等）梯度变化大的区域等部位应进行细化，具体参见附表 A.1; c）网格质量检查：网格生成后，应对网格质量进行检查。网格质量检查应包括但不限于以下指标： 扭曲度、偏斜度、长宽比、网格体积。主要指标推荐的量化数值要求参见附表A.2。为避免出 现奇异网格，网格大小尽量均匀分布或网格大小/疏密分布应逐步平滑过渡，应保证重点关注 区域的网格质量，非关注区域的网格质量可适当降低。网格类型应与分析步类型保持一致； d）网格无关性验证：为保证仿真计算结果的一致性及计算精度，应进行网格无关性验证。网格无 关性验证应逐渐优化/加密网格，至继续加密后计算结果的误差在有限范围内。 6.3.4定解条件 应全面考虑仿真的定解条件，包括初始条件和全部边界条件。仿真的初始条件和边界条件应符合实 际，复杂边界条件可在不过多影响计算结果的前提下进行简化。 6.3.5空间结构类型 应根据仿真目的选择相应的空间结构类型，具体要求如下： a）模型范围较广，涉及多个厂区时，应采用地理信息系统（GIS）空间结构： b）模型范围有限，仅涉及单一厂区、厂房或工段时，可采用连续空间结构，默认为xyz三维空间； c）仅描述二维空间时，可采用离散空间结构，通过行和列标记二维网格空间。 6.3.6材料要素 应根据仿真方向，对仿真计算中所用到的材料，包括流体介质材料、固体材料、颗粒材料等，分别 数据积累，为材料属性设置作参考。材料要素的具体要求如下： a） 流体仿真中流体介质材料的要素宜包括材料的密度、粘度、比热容、导热率、扩散系数等； b) 结构仿真中金属/非金属材料的要素宜包括材料的密度、泊松比、弹性模量、屈服强度、抗拉 强度、剪切模量、屈服准则、塑性应力应变曲线、比热容、导热率、扩散系数等： c）电磁场仿真的要素宜包括材料的电导率、磁导率、介电常数、电损耗角正切、磁损耗角正切等； d果 颗粒相仿真的要素宜包括密度、泊松比、弹性模量，各颗粒材料和设备材料或颗粒材料之间静 摩擦系数、滚动摩擦系数、碰撞恢复系数等。 6.3.7模型检查 为确保模型网格质量、输入