Hutnické listy
Advanced Simulation Methods for Bulk Material Processing in Metallurgy and Metalworking / Pokročilé simulační metody pro zpracování sypkých materiálů v metalurgii a kovozpracujícím průmyslu
Jiří Dobiáš1, Jakub Hlosta1
1VSB-TUO, HGF, 17. listopadu 2172/15, 708 00 Ostrava-Poruba
Abstract
This article explores the use of advanced digital modelling techniques – Discrete Element Method (DEM), Finite Element Method (FEM), and Computational Fluid Dynamics (CFD) – in optimizing metallurgical processes and equipment design. These methods enable detailed simulation of bulk material behaviour, structural responses, and thermal dynamics, replacing traditional empirical approaches. Their integration allows for multiphysics analyses that improve efficiency, reduce energy consumption, and minimize prototyping costs. Practical applications, such as those at VSB – Technical University of Ostrava, demonstrate the value of these tools in industrial settings. The integration of simulation tools with real-time data and digital twins is driving a shift toward smarter, more adaptive, and environmentally sustainable metallurgical processes.
Keywords: Discrete Element Method (DEM); Finite Element Method (FEM); Fluid Dynamics (CFD); bulk material simulation; process optimization
Abstrakt
Tento článek se zabývá využitím pokročilých technik digitálního modelování – metody diskrétních prvků (DEM), metody konečných prvků (FEM) a výpočetní dynamiky tekutin (CFD) – při optimalizaci metalurgických procesů a konstrukce zařízení. Tyto metody umožňují podrobnou simulaci chování sypkých materiálů, strukturálních reakcí a tepelné dynamiky a nahrazují tradiční empirické přístupy. Jejich integrace umožňuje multifyzikální analýzy, které zvyšují účinnost, snižují spotřebu energie a minimalizují náklady na prototypování. Praktické aplikace, například na Vysoké škole báňské – Technické univerzitě v Ostravě (VŠB-TUO), demonstrují přínos těchto nástrojů v průmyslovém prostředí. Integrace simulačních nástrojů s daty v reálném čase a digitálními dvojčaty podporuje posun směrem k inteligentnějším, adaptivnějším a environmentálně udržitelným metalurgickým procesům.
Klíčová slova: metoda diskrétních prvků (DEM); metoda konečných prvků (FEM); dynamika tekutin (CFD); simulace sypkých materiálů; optimalizace procesů