不同物性对椭球形颗粒在移动床中流动特性影响的模拟研究
异径混合非球形颗粒在移动床中流动特性的数值模拟
异径混合非球形颗粒在移动床中流动特性的数值模拟陶贺;钟文琪;金保昇;任冰;袁竹林【摘要】为了研究非球形颗粒在移动床内的流动特性,采用多元颗粒模型模拟了异径玉米形颗粒、异径椭球形颗粒以及异径圆柱形颗粒在移动床中的流动情况.探讨了异径混合球形和非球形颗粒在移动床中流动时的流型、概率分布特性以及空隙率分布情况.结果表明:异径球形颗粒在下料过程中由整体流逐渐向漏斗流转变,而异径非球形颗粒从下料开始即为漏斗流;异径球形颗粒及非球形颗粒的概率密度分布中均只有一个峰值,其对应的速度不同;异径圆柱形混合颗粒的空隙率波动范围最大,平均空隙率也最大;异径混合非球形颗粒的直径比越大,平均空隙率越小.%To study the the flow characteristics of non-spherical particles in the moving bed, a multielement particle model was developed to simulate the corn-shaped, ellipsoidal and cylinder particles flowing in the moving bed. The flow patterns, probability densities and voidage distributions of spherical and non-spherical particle mixture with different diameters in the moving bed were studied. The results show that the flow pattern of the spherical particle mixture with different diameters changes from mass flow to funnel flow gradually, while that of the non-spherical particle mixture with different diameters exhibits funnel flow from the very beginning. The probability density has only one peak value for spherical and non-spherical ones, but the corresponding velocity values are different. Both the fluctuation range and the mean voidage of the cylinder particle mixture with different diameters are the largest. For the non-spherical particlemixture with different diameters, the mean voidage becomes smaller with the increase of the diameter ratio.【期刊名称】《东南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(042)006【总页数】5页(P1122-1126)【关键词】多元颗粒模型;非球形颗粒;移动床;流动特性【作者】陶贺;钟文琪;金保昇;任冰;袁竹林【作者单位】郑州航空工业管理学院土木建筑工程系,郑州450000;东南大学能源与环境学院,南京210096;东南大学能源与环境学院,南京210096;东南大学能源与环境学院,南京210096;东南大学能源与环境学院,南京210096【正文语种】中文【中图分类】TK16移动床技术具有颗粒可循环再生、操作可连续进行等优点，广泛应用于石化、环保和能源等领域.床内颗粒的流动规律对床层压降、床层渗透性、气体线性速度等有很大影响，是影响移动床结构设计及效率的重要因素.但由于床内颗粒物料流动的复杂性，颗粒物料的流动规律很难预测.目前针对移动床内颗粒流动的研究较多［1-8］，但大多数都是针对球形颗粒的，对非球形颗粒流动特性的研究很少.实际应用中，大部分颗粒都是非球形颗粒，例如移动床反应器内用于烟气净化的活性焦颗粒就是典型的圆柱形颗粒，在模拟研究的过程中，如果用球形颗粒来近似代替，势必会产生较大误差，并且活性焦颗粒在移动床中流动时容易磨损甚至破碎，使得床内颗粒由大小相同的均质颗粒变成了直径不同(异径)的混合颗粒.因此，对非球形颗粒尤其是异径混合非球形颗粒的模拟研究显得十分重要.本文采用离散元直接数值模拟(DEM)方法，对异径混合非球形颗粒(异径玉米形颗粒、异径椭球形颗粒和异径圆柱形颗粒)在移动床中的流动进行了模拟研究.从数值模拟的角度揭示了异径混合非球形颗粒的流动规律，为移动床反应器的设计及结构参数优化提供参考.本文采用多元颗粒模型［9-13］来描述非球形颗粒.每个非球形颗粒均由几个叠放在一起的球组成，这些球被称为元.图1为玉米形颗粒、椭球形颗粒及圆柱形颗粒的模型示意图.用DEM方法模拟颗粒流动最关键的问题在于如何掌握颗粒的碰撞机理并建立颗粒的运动方程，关于这些问题，在前期所做的工作［14］中有详细的描述.在实验验证方面，本文所采用的移动床的床体横截面积为200 mm×200 mm，高度为600 mm，出口尺寸为45 mm×45 mm，下料段与水平面的夹角θ=60°.实验中3种形状的物料分别采用玉米、黑豆和活性焦.实验前移动床出口闭合，床层为重力作用下自然堆积的静止填充床.将出口打开，颗粒在重力作用下从床内卸出，并向移动床顶部不断加料，保证床内物料流动连续.当床内物料流动稳定时，向床内加入示踪粒子.图2和图3分别为玉米形颗粒、椭球形颗粒和圆柱形颗粒连续加料下料时流型的实验结果和模拟结果.由图可知，利用DEM方法得到的模拟结果与实验结果吻合良好.因此，本文所建立的数学模型是合理的.颗粒在移动床内的流动主要有2种形式:整体流和漏斗流.一般情况下，开始时颗粒以整体流的形式向下流动，之后慢慢转变成漏斗流.为了定量地分析卸料过程中移动床内颗粒何时从整体流向漏斗流转变以及各种非球形颗粒流型的不同之处，定义了流动指数MFI，即壁面附近颗粒的平均速度与中心处颗粒平均速度之比.壁面附近颗粒和中心处颗粒平均速度的计算区域见图4.假设边壁处计算区域的宽度为颗粒直径d，中心处计算区域的宽度为2d;此时颗粒直径是指球形颗粒的直径，本文中的椭球形颗粒则采用当量直径.计算区域的厚度即为床宽.根据 Johanson［15］的研究可知，MFI值为0.3时，整体流开始向漏斗流转变;MFI值大于0.3时，颗粒流动为整体流;MFI值小于0.3时，则为漏斗流.图5为异径混合颗粒的流型比较.需要指出的是，本文中所用的颗粒直径比φD是指同种颗粒2种粒径之比，且2种粒径的颗粒均是按照体积比1∶1进行混合的.由图5(a)可知，球形混合颗粒在下料初始过程中，MFI值大于0.3，呈现出整体流的流动状态;随着卸料的进行，MFI值逐渐减小;当下料率达到41%时，整体流向漏斗流转变.其他3种异径非球形混合颗粒的MFI值明显小于球形.异径椭球形混合颗粒在卸料初始阶段的MFI值最大，其次是玉米形混合颗粒，异径圆柱形混合颗粒的MFI值最小.随着下料率的进一步增大，3种形状混合颗粒的MFI值逐渐减小，且玉米形混合颗粒的MFI值最大，其他2种颗粒的MFI值相似.由此可知，非球形颗粒从颗粒开始流动时便为漏斗流，其原因可能是非球形颗粒受形状的限制，滚动性较差.不同颗粒直径比的球形混合颗粒的流型比较见图5(b).由图可知，当φD=1.3，2.0 时，MFI值相差很小.但当φD=4.0时，MFI值明显减小，且当下料率为0.25时，球形混合颗粒的流型由整体流向漏斗流转变.定义概率密度ρ=Nx/Nt来描述移动床内颗粒速度的分布［16］，其中 Nt表示移动床内颗粒的总数，Nx表示速度处于某一值时的颗粒数.因此，ρ表示速度处于某一值时的颗粒数量与总颗粒数量之比.图6为异径混合颗粒的概率分布情况.由图6(a)可知，当φD=1.3时，概率分布的峰值为0.36，对应的速度值为0.15 m/s;当φD=2时，概率分布的峰值为0.32，对应的速度值为0.1 m/s;当φD=4时，概率分布的峰值为0.25，对应的速度值为0.05 m/s.因此，颗粒直径比越小，速度分布范围越窄;反之，颗粒直径比越大，速度分布范围越宽.当φD=2时，3种异径混合非球形颗粒和异径球形混合颗粒的概率分布情况见图6(b).由图可知，异径球形颗粒的概率分布只有一个峰，峰值为0.25，对应的速度值为0.1 m/s.异径椭球形混合颗粒的概率分布呈现2个峰，峰值分别为0.16和0.24，对应的速度值分别为0.001和0.1 m/s，第1个峰值对应于边壁处较小速度的颗粒，第2个峰值对应于中心处流动的颗粒.异径圆柱形混合颗粒和异径玉米形混合颗粒的概率分布相似，仅有1个峰，峰值分别为0.35和0.26，对应的速度均为0.001 m/s.空隙率是一个描述颗粒堆积结构的重要参数，它能影响床内压降、床层渗透性、气体速度分布等，与颗粒的物理特性、堆积状态以及颗粒的运动状态有关.图7为异径混合颗粒的空隙率分布比较图.图中，ε表示空隙率，x表示颗粒与一侧壁面的距离.由图7(a)可知，异径混合颗粒的局部空隙率分布和均质颗粒的空隙率分布趋势基本相同，即在靠近壁面处，由于壁面作用，出现振幅减小的阻尼振荡，之后再进入稳定的波动阶段.不同的是，异径混合颗粒的壁面作用较小，在距壁面0.01 m处便进入稳定波动阶段.异径玉米形混合颗粒的空隙率波动范围为0.35～0.42，平均空隙率为0.4;异径球形混合颗粒的空隙率波动范围为0.37～0.45，平均空隙率为0.43;异径椭球形混合颗粒的空隙率波动范围为0.42～0.52，平均空隙率为0.47;异径圆柱形混合颗粒的空隙率波动范围为0.37～0.51，平均空隙率为0.453.由此可知，异径圆柱形混合颗粒的空隙率波动范围最大，平均空隙率也最大;其次为异径椭球形混合颗粒、异径球形混合颗粒;异径玉米形混合颗粒的空隙率波动范围最小，平均空隙率最小.由图7(b)可知，与均质颗粒相比，壁面对不同尺寸混合颗粒的空隙率影响范围较小，仅在距壁面0.012 m左右的范围内.此外，在不受壁面影响的区域内，二元混合物颗粒空隙率的波动较均质颗粒小，这与颗粒的堆积方式有关.混合物中颗粒直径比越大，空隙率越小.本文对异径混合球形、非球形颗粒在移动床中的流动特性进行了数值模拟研究.提出了多元颗粒模型的思想，并通过实验验证了模型的可靠性.探讨了异径混合球形和非球形颗粒在移动床中流动时的流型、概率分布特性以及空隙率分布情况.结果表明:异径非球形颗粒由于颗粒形状的原因，滚动性比较差，流动开始便呈现出漏斗流的流型;异径球形颗粒则在流动的初始阶段呈现为整体流，经过一段时间后才慢慢向漏斗流转变.对于不同颗粒直径比的异径混合球形颗粒，颗粒直径比越小，概率密度峰值越大，速度分布范围越窄;反之，颗粒直径比越大，对应的概率密度峰值越小，速度分布范围越宽.在空隙率分布方面，颗粒直径比越大，平均空隙率越小;异径圆柱形混合颗粒的空隙率波动范围最大，平均空隙率也最大.【相关文献】［1］ Anand A，Curtis J S，Wassgren C R，et al.Predicting discharge dynamics from a rectangular hopper using the discrete element method(DEM)［J］.Chemical Engineering Science，2008，63(24):5821-5830.［2］ Chou C S，Hsu J Y.Kinematic model for granular flow in a two-dimensional flat-bottomed hopper［J］.Advanced Powder Technology，2003，14(3):313-331.［3］ Zhang K F，Ooi J Y.A kinematic model for solids flow in flat-bottomed silos ［J］.Geotechnique，1998，48(4):545-553.［4］ Kohring G A，Melin S，Puhl H，et puter simulations of critical，non-stationary granular flow through a hopper［J］.Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering Journal，1995，124(3):273-281.［5］ Li J T，Langston P A，Webb C，et al.Flow of spherodisc particles in rectangular hoppers:a DEM and experimental comparison in 3D［J］.Chemical Engineering Science，2004，59(24):5917-5929.［6］ Grof Z，Kohout M，Stepanek F.Multi-scale simulation of needle-shaped particle breakage under uniaxial compaction［J］.Chemical Engineering Science，2007，62(5):1418-1429.［7］ Cleary P W，Sawley M L.DEM modeling of industrial granular flows:3D case studies and the effect of particle shape on hopper discharge［J］.Applied Mathematical Modeling Journal，2002，26(2):89-111.［8］ Matuttis H G，Luding S，Herrmann H J.Discrete element simulations of dense packings and heaps made of spherical and non-spherical particles［J］.PowderTechnology，2000，109(1):278-292.［9］ Favier J F，Fard A，Kremmer M，et al.Shape representation of ax-symmetrical，non-spherical particles in discrete element simulation using multi-element model particles ［J］.Engineering Computations，1999，16(4):467-480.［10］ Dziugys A，Peters B.An approach to simulate the motion of spherical and non-spherical fuel particles in combustion chambers［J］.Granular Matter，2001，3(4):231-266.［11］ Chung Y C，Ooi J Y.A study of influence of gravity on bulk behavior of particulate solid［J］.Particuology，2008，6(6):467-474.［12］ Zhong W Q，Zhang Y，Jin B S，et al.Discrete element method simulation of cylinder-shaped particle flow in a gal-solid fluidized bed［J］.Chemical Engineering＆Technology，2009，32(3):386-391.［13］ Coetzee C T，Jels D N.Calibration of discrete element parameters and the modeling of silo discharge and bucket filling［J］.Computers and Electronics in Agriculture，2009，65(2):198-212.［14］ Tao He，Jin Baosheng，Zhong Wenqi.Discrete element method modeling of non-spherical granular flow in rectangular hopper［J］.Chemical Engineering and Processing:Process Intensification，2010，49(2):151-158.［15］ Johanson J R.Modeling flow of bulk solids［J］.Powder Technology，1972，5(2):93-99.［16］ Wu J T，Binbo J，Chen J Z，et al.Multi-scale study of particle flow in silos ［J］.Advanced Powder Technology，2009，20(1):62-73.。
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》篇一一、引言离散元法（DEM）作为一种先进的数值模拟技术，广泛应用于颗粒物质的研究。
在多种环境下，如地球不同位置或某些特定环境中，重力变化会对颗粒物质的动态行为产生显著影响。
因此，本篇研究着重于在不同重力下颗粒物质的冲击特性研究，运用离散元法进行深入分析。
二、离散元法理论基础离散元法是一种数值计算方法，其原理在于将材料中的每一个粒子视为独立单元，分析每个单元的力学行为以及相互间的接触力，进而推算出整体材料的宏观行为。
该方法适用于模拟颗粒物质的行为，如颗粒的流动、碰撞等。
三、不同重力下的颗粒物质冲击特性研究（一）研究方法本研究通过改变重力环境，观察颗粒物质的冲击特性变化。
具体操作中，我们利用离散元法构建了不同重力条件下的颗粒物质模型，并对其进行了冲击测试。
（二）实验过程我们首先设定了不同的重力环境，然后对每个环境下的颗粒物质进行冲击测试。
在冲击过程中，我们记录了颗粒的碰撞速度、碰撞力、能量损失等关键数据。
（三）结果分析我们发现，随着重力的增大，颗粒物质的冲击特性出现了明显的变化。
具体表现为：颗粒的碰撞速度和碰撞力随重力的增大而增大，而能量损失则随重力的增大而减小。
此外，我们还发现重力对颗粒的流动性也有显著影响，重力越大，颗粒的流动性越差。
四、讨论与结论本研究的结果表明，在不同的重力环境下，颗粒物质的冲击特性具有显著的差异。
这主要是因为重力改变了颗粒间的相互作用力，进而影响了颗粒的动态行为。
因此，在实际应用中，我们应充分考虑重力对颗粒物质行为的影响。
此外，我们的研究结果还对工程应用具有重要意义。
例如，在矿山的开采和运输过程中，重力对颗粒物质的流动性和冲击特性具有重要影响。
因此，通过了解不同重力下颗粒物质的冲击特性，我们可以更好地预测和控制矿山的生产过程。
同时，我们的研究结果还可以为太空探索提供参考，如在月球或火星等低重力环境下进行资源开采和运输时，可以参考我们的研究结果来预测和调整颗粒物质的流动和冲击特性。
移动床中颗粒运动的数值模拟
移动床中颗粒运动的数值模拟
武锦涛;陈纪忠;阳永荣
【期刊名称】《石油化工》
【年(卷),期】2005(034)0z1
【摘要】利用DEM模型从微观尺度上考察了不同粒径分布颗粒系统在移动床中的流动特性,得到相应变量的空间分布;同时利用数理统计的原理得到了这些变量的概率分布.对这些模拟结果进行分析可以发现:颗粒的粒径分布对颗粒系统的运动有很大影响,不同粒径的混合有利于颗粒的流动;对于同一粒径分布G2/5与Do呈线性关系;移动床的几何结构对床层中颗粒系统的微观结构有很大的影响,床层空隙率和颗粒配位数的概率分布曲线在不同结构的移动床中有不同的变换趋势.
【总页数】3页(P814-816)
【作者】武锦涛;陈纪忠;阳永荣
【作者单位】浙江大学,材化学院,浙江,杭州,310027;浙江大学,材化学院,浙江,杭州,310027;浙江大学,材化学院,浙江,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TQ105.9
【相关文献】
1.移动床中颗粒运动的微观分析
2.静态煤粉分离器中颗粒运动特性数值模拟研究
3.DLD装置中刚性颗粒运动的直接数值模拟研究
4.梯度磁场下气固流化床中磁颗粒运动数值模拟
5.复合移动床电石反应器中颗粒运动的离散单元法模拟
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《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》一、引言随着科技的发展，离散元法（DEM）作为一种数值模拟方法，被广泛应用于颗粒物质的研究中。
颗粒物质如砂土、煤粉、谷物等在各种工程领域中具有广泛的应用，其冲击特性研究对于理解颗粒物质的力学行为、优化相关工程设计以及防范潜在风险具有重要意义。
本论文主要研究在不同重力作用下，颗粒物质的冲击特性。
通过离散元法进行数值模拟，分析颗粒间的相互作用力、能量传递以及冲击后的形态变化。
二、研究背景及意义颗粒物质在自然界和工程领域中普遍存在，其冲击特性对于理解颗粒物质的力学行为具有重要意义。
不同重力环境下，颗粒物质的冲击特性会发生变化，这将对相关工程设计和安全防范带来挑战。
因此，研究不同重力下颗粒物质的冲击特性，对于提高相关工程的设计水平、保障人员安全以及优化资源利用具有重要意义。
三、离散元法的基本原理及应用离散元法是一种用于模拟颗粒物质行为的数值方法。
该方法通过建立颗粒间的相互作用力，模拟颗粒的运动和碰撞过程，从而得到颗粒物质的宏观力学行为。
离散元法在颗粒物质的研究中得到了广泛应用，可以有效地模拟颗粒物质的力学行为、流动特性以及冲击特性等。
四、不同重力下颗粒物质冲击特性的数值模拟4.1 模型建立本部分主要介绍如何利用离散元法建立不同重力下的颗粒物质模型。
首先，确定颗粒的物理参数，如形状、大小、密度等；其次，设置重力环境，通过改变重力加速度来模拟不同重力环境；最后，设置初始条件，如颗粒的初始位置、速度等。
4.2 数值模拟过程在建立好模型后，进行数值模拟。
通过设定不同的冲击条件，如冲击速度、冲击角度等，观察颗粒物质的冲击过程。
记录颗粒间的相互作用力、能量传递以及冲击后的形态变化等数据。
4.3 结果分析对数值模拟结果进行分析。
首先，分析不同重力环境下，颗粒间的相互作用力、能量传递的变化规律；其次，分析冲击后颗粒的形态变化，如堆积形态、空隙率等；最后，探讨不同重力环境下颗粒物质的冲击特性及其影响因素。
不同堆积结构颗粒床内的流动特性研究
不同堆积结构颗粒床内的流动特性研究李良星;邹旭毛;孔刘波【摘要】为了研究不同堆积结构颗粒床内的流动特性,使用两种尺寸球形颗粒构建了均匀混合堆积结构和分层堆积结构床,在碎片床冷却性实验装置(DEBECO,DEbris BEd COolability)上进行了单相和两相流动实验.基于实验结果,对比分析了两种堆积结构的流动阻力压降,进一步验证了流动阻力模型.实验结果表明:对于不同尺寸颗粒均匀混合的堆积颗粒床,其有效直径在低速(Rep＜7)条件下更接近面积平均直径;随着速度(Rep＞7)升高,其有效直径更接近长度平均直径.当气液两相同向向上流过均匀堆积结构颗粒床时,实验测量的两相压降总体上与Reed模型预测值较为接近;与均匀堆积结构床相比,相同颗粒分层堆积结构床内的两相流动阻力压降较低.该实验研究结果对完善多孔介质结构内流动阻力分析具有重要的学术意义.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2016(050)009【总页数】6页(P49-54)【关键词】堆积颗粒床;均匀堆积床;分层堆积床;流动特性;阻力压降【作者】李良星;邹旭毛;孔刘波【作者单位】西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TK124颗粒堆积多孔介质结构内的单相/两相流动在许多工程和科学领域中都有着广泛的应用和研究,涉及农业技术、生物工程、机械工程、石油化工工程、核动力工程等多个领域[1-4]。
与传统连续介质结构相比,颗粒堆积多孔介质内部结构呈现出明显的多尺度结构特性。
由于多孔介质结构孔隙的多向性,流体在多孔介质中不停地发生混合和分离,流速的大小和方向不断地发生改变,因此多相流体运动的控制方程呈现高度非线性特征,很难用物理实验或理论解析对多孔介质内的流动现象进行精确的描述和研究。
液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟
液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟
刘国栋;沈志恒;王帅;王家兴;陆慧林
【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》
【年(卷),期】2010(042)007
【摘要】应用欧拉-欧拉双流体模型,液相采用k-ε湍流模型,同时考虑液固两相间耦合作用,数值模拟液固流化床内液固两相流动,研究了液体密度和粘度对液固流化床内流动特性的影响.研究结果表明,液固流化床内液体、颗粒混合比较均匀,呈现散式流态化特性.颗粒轴向速度随着液体密度和粘度的增大而增大,并且在床内分布趋势相同.数值模拟得到床层膨胀高度的结果与Babu等人公式计算值相吻合.
【总页数】4页(P1108-1111)
【作者】刘国栋;沈志恒;王帅;王家兴;陆慧林
【作者单位】哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TK222
【相关文献】
1.基于DEM模拟液固流化床粒度级配对颗粒流动特性的影响 [J], 丁冬峰;程可;陆晓峰;朱晓磊;朱凌雪
2.液-固流化床中液速分布与颗粒循环流动 [J], 郝晓刚;张忠林;郭金霞;孙彦平
3.高密度液固循环流化床流动特性研究及数值模拟 [J], 聂向锋;卢春喜;蓝兴英
4.液固流化床内双组分颗粒流动数值模拟 [J], 贾雨彬;王树青;朱玉颖
5.倒置液固流化床内液固两相流动特性的数值模拟 [J], 沈志恒;刘文铁;金记英;陆慧林
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引入大颗粒助剂对径向移动床流动特性的影响
引入大颗粒助剂对径向移动床流动特性的影响卫思辰;贾海兵;范怡平;卢春喜【摘要】针对错流移动床存在的空腔和颗粒流动偏离平推流的不正常操作问题。
在一套φ600 mm×1300 mm半圆锥形和柱形错流移动床大型冷模实验装置上，借助于大颗粒助剂的引入有效提高了错流移动床出现空腔的临界速度，解决了错流移动床操作弹性低的问题。
理论分析和实验结果表明，混入适量的大颗粒助剂可使颗粒流动不均匀性得到明显改善。
%It does exist that some of abnormal phenomena, such as cavities and particle flow variations from plug flow, are inevitable in cross-flow moving bed operations. In terms of the issues related to the abnormal operation phenomena, the experiment was conducted through a large cold model experimental facility consisting of aφ600 mm×1300 mm semi-conical and semi-cylindrical radial flow moving bed. It showed that, the critical velocity of forming cavity can be effectively increased through introducing coarse additive particles, hence the low elasticity of operation can be improved in cross-flow moving bed to some extent. Both theoretical analysis and experimental results showed that, the inhomogeneity of particle flow can be effectively improved by introducing coarse additive particles.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2016(067)008【总页数】8页(P3313-3320)【关键词】移动床;空腔;颗粒物料;流动【作者】卫思辰;贾海兵;范怡平;卢春喜【作者单位】中国石油大学北京重质油国家重点实验室，北京 102249;中国石油大学北京重质油国家重点实验室，北京 102249;中国石油大学北京重质油国家重点实验室，北京 102249;中国石油大学北京重质油国家重点实验室，北京102249【正文语种】中文【中图分类】TQ021.1移动床反应器是一种颗粒速度介于固定床反应器和流化床反应器之间的多相反应器。
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》范文
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》篇一一、引言随着科技的发展，离散元法作为一种有效的数值模拟方法，被广泛应用于颗粒物质的研究中。
颗粒物质广泛存在于自然界和工业生产中，如土壤、砂石、粉末等。
这些颗粒物质在受到外力作用时，会表现出复杂的力学行为。
本文旨在研究在不同重力环境下，颗粒物质在冲击作用下的力学特性和运动规律，以期为相关领域的科学研究提供理论依据和指导。
二、离散元法理论基础离散元法是一种数值模拟方法，主要用于研究颗粒介质的力学行为。
该方法通过模拟颗粒之间的相互作用力，如接触力、摩擦力等，来研究颗粒介质的运动规律和力学特性。
离散元法可以有效地模拟颗粒物质的非线性、非均匀性和动态特性，为颗粒物质的研究提供了有力的工具。
三、不同重力环境下颗粒物质的冲击特性研究1. 实验设计本研究采用离散元法，通过改变重力加速度来模拟不同重力环境。
在模拟过程中，我们设定了多种重力条件，如地球重力、月球重力、火星重力等，以研究不同重力环境下颗粒物质的冲击特性。
我们通过改变颗粒的物理属性（如粒径、密度、弹性模量等）和边界条件，来模拟不同的实验场景。
2. 冲击过程分析在冲击过程中，颗粒物质表现出复杂的运动规律和力学特性。
我们通过离散元法模拟了颗粒在冲击过程中的运动轨迹、速度、加速度等物理量，以及颗粒之间的相互作用力。
我们发现，在不同重力环境下，颗粒物质的冲击特性和运动规律存在显著差异。
3. 冲击特性比较通过对比分析不同重力环境下颗粒物质的冲击特性，我们发现：在低重力环境下，颗粒物质的冲击力减小，颗粒的运动轨迹更加复杂；而在高重力环境下，颗粒的冲击力增大，运动轨迹相对简单。
此外，我们还发现颗粒的粒径、密度、弹性模量等因素对冲击特性也有显著影响。
四、结论与展望本研究基于离散元法，研究了不同重力环境下颗粒物质的冲击特性。
通过模拟实验，我们发现不同重力环境对颗粒物质的冲击特性和运动规律具有显著影响。
这些发现为相关领域的科学研究提供了理论依据和指导。
流化床颗粒接收器内流动与传热特性数值模拟研究
流化床颗粒接收器内流动与传热特性数值模拟研究太阳能作为一种清洁可再生能源未来很有可能代替传统的化石燃料,太阳能热利用技术应运而生,其中聚光太阳能发电技术近年来得到迅速发展,提供了一种可再生能源转换系统。
接收器是聚光太阳能发电系统的关键部分,决定着整个系统的热电转换效率。
目前对于接收器的研究主要集中于如何通过改进接收器结构来改善传热介质的流动特性,从而获得高温介质,提高接收器热电转换效率。
本文对流化床颗粒接收器内颗粒流动特性进行相关性的研究,采用数值模拟方法分别研究了稀疏和稠密颗粒相在流化床接收器内的流动和传热特性。
基于欧拉-拉格朗日方法对太阳能流化床颗粒接收器中的气固两相流动进行建模,分别采用离散颗粒模型(Discrete Phase Model,DPM)和稠密离散颗粒模型(Dense Discrete Phase Model,DDPM)对接收器中稀疏和稠密颗粒进行描述,在稠密颗粒流中考虑了颗粒碰撞,模型中通过离散单元模型(Discrete Element Model,DEM)进行封闭。
辐射源相和接收器内辐射场的相互作用通过Solar Load 模型和离散坐标模型(Discrete Ordinate,DO)描述。
基于DPM方法对内循环流化床内稀疏颗粒流动和传热过程进行数值模拟,分析了稀疏颗粒在接收器内的宏观运动以及颗粒运动特性对温度场的影响,对比分析了不同气体质量流量下的颗粒运动和传热特性。
得出在气体进口流量增大时,颗粒和气体在接收器内的再循环特性增强,传热效果也增强。
传热介质的热传递系数和颗粒的吸收系数随颗粒体积分数增加而增加。
基于DDPM-DEM方法对双腔式内循环流化床接收器内的稠密颗粒运动和传热过程进行数值模拟,模型中考虑了颗粒的流动、碰撞和传热作用。
分析了稠密颗粒在该接收器内的流动特性,以及稠密颗粒循环流对传热效果的影响。
得出稠密颗粒内循环流动可以增强接收器列颗粒与气体之间的热传递效果,同时接收器内的温度分布也更加的均匀,颗粒温度和气体温度得到很大提高,分别达到1400K和1200K。
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》一、引言随着科技的发展，离散元法作为一种有效的数值模拟方法，被广泛应用于颗粒物质的研究中。
颗粒物质广泛存在于自然界和工业生产中，如土壤、砂石、粉末等。
这些颗粒物质在受到外力作用时，会表现出复杂的力学行为。
本文旨在研究在不同重力环境下，颗粒物质在受到冲击时的特性变化，为颗粒物质的力学行为研究和应用提供理论依据。
二、离散元法概述离散元法是一种用于模拟颗粒物质力学行为的数值方法。
该方法通过将颗粒物质离散为大量的独立颗粒，并考虑颗粒之间的相互作用力，从而模拟出颗粒物质在受到外力作用时的运动状态和力学行为。
离散元法具有较高的准确性和可靠性，已被广泛应用于颗粒物质的研究中。
三、不同重力环境下的颗粒物质冲击特性研究1. 实验设计本研究采用离散元法，通过改变重力加速度的值，模拟不同重力环境下的颗粒物质在受到冲击时的特性变化。
具体实验过程中，我们设定了0.5g、1g、2g和3g四种不同的重力环境，并对每种环境下颗粒物质的冲击特性进行了研究。
2. 实验结果与分析（1）冲击力分析在不同重力环境下，颗粒物质在受到冲击时的最大冲击力有所不同。
随着重力加速度的增大，颗粒物质在受到相同冲击力时的变形程度减小，表明重力对颗粒物质的力学性质有一定的影响。
同时，我们发现颗粒物质在受到冲击时，冲击力随时间的变化呈现出一定的规律性，这对于预测和分析颗粒物质的力学行为具有重要意义。
（2）颗粒运动轨迹分析通过分析颗粒的运动轨迹，我们发现不同重力环境下颗粒的运动状态有所不同。
在低重力环境下，颗粒的运动轨迹较为复杂，呈现出较多的旋转和翻滚现象；而在高重力环境下，颗粒的运动轨迹相对较为规律，旋转和翻滚现象减少。
这表明重力对颗粒的运动状态有一定的影响。
（3）颗粒间相互作用力分析在不同重力环境下，颗粒之间的相互作用力也有所不同。
随着重力加速度的增大，颗粒之间的相互作用力增大，但并不是简单的线性关系。
这表明重力对颗粒之间的相互作用力具有复杂的影响。
颗粒流动行为的数值模拟与分析
颗粒流动行为的数值模拟与分析引言颗粒流动行为是许多自然界和工程领域中普遍存在的现象，对其进行准确的数值模拟与分析具有重要的理论和应用价值。
本文将围绕颗粒流动行为进行探讨，通过数值模拟方法分析其特性及变化规律，以期为相关领域的研究与应用提供有益参考。
一、颗粒流动特性的描述颗粒流动是由大量颗粒之间相互作用形成的一种复杂运动行为。
针对颗粒流动的数值模拟，首先需要准确地描述颗粒的运动特性。
这包括颗粒的位置、速度、动量以及颗粒之间的相互作用力等。
通过建立合适的颗粒模型，如刚球模型或软球模型等，可以有效地描述颗粒的运动状态。
二、颗粒流动的数值模拟方法为了模拟和分析颗粒流动行为，研究者们提出了各种各样的数值模拟方法。
常见的方法包括离散元法、格子Boltzmann法和分子动力学法等。
每种方法都有其独特的特点和适用范围。
离散元法是基于颗粒之间离散的相互作用力进行模拟，适用于颗粒领域的多尺度问题。
格子Boltzmann法则基于分子碰撞模拟颗粒流动，适用于气固两相流的模拟。
分子动力学法则通过解析颗粒之间的相互作用力学方程进行模拟，适用于研究颗粒流动的微观机制等。
研究者们可以根据需要选择合适的数值模拟方法进行颗粒流动行为的分析研究。
三、颗粒流动的物理特性分析通过数值模拟方法，可以进一步分析颗粒流动的物理特性。
颗粒流动的物理特性包括颗粒密度、速度分布、流动模式等。
通过模拟计算，可以得到不同条件下颗粒流动的物理参数变化规律。
例如，在管道中颗粒流动的速度分布呈现出轴对称或非轴对称的特点，可以通过数值模拟分析颗粒的受力情况，进一步揭示颗粒流动的物理机制。
四、颗粒流动行为的应用颗粒流动行为的研究对于许多领域具有重要的应用价值。
例如，在石油化工工业中，颗粒流动的特性和行为对于设备的设计和优化具有重要的影响。
通过数值模拟方法，可以更好地分析颗粒流动的特性，为设备的操作和维护提供依据。
此外，颗粒流动模拟还可以应用于粉体冶金、岩土工程和生物领域等。
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》范文
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》篇一一、引言在自然环境中，颗粒物质以其特有的动力学特性在各种领域有着广泛的应用，如化工、农业、制药、材料科学等。
随着科学技术的进步，对于颗粒物质在不同环境下的冲击特性的研究变得尤为重要。
本文基于离散元法，对不同重力下颗粒物质的冲击特性进行了深入研究。
二、离散元法概述离散元法是一种用于模拟和分析颗粒物质行为的数值方法。
它通过将颗粒物质离散化，将颗粒间的相互作用力进行详细分析，从而得到颗粒物质的整体行为。
离散元法能够精确地模拟颗粒物质的运动过程，为研究颗粒物质的冲击特性提供了有效的工具。
三、不同重力下的颗粒物质冲击特性研究1. 实验设计本研究通过改变重力环境，观察颗粒物质在冲击过程中的运动状态和特性。
实验中，我们使用离散元法模拟了不同重力环境下的颗粒物质冲击过程，并记录了相关数据。
2. 实验结果（1）低重力环境下，颗粒物质的冲击力较小，颗粒间的相互作用力减弱，导致颗粒物质的流动性增强。
在冲击过程中，颗粒物质更易于发生形变和流动，产生更大的形变区域。
（2）随着重力的增大，颗粒间的相互作用力增强，冲击过程中的摩擦力和内聚力也会随之增加。
此时，颗粒物质更易于产生凝聚和堆积现象，冲击力增大，但形变区域相对较小。
（3）在极端重力环境下，颗粒物质的冲击特性发生显著变化。
由于重力作用力的增强，颗粒间的相互作用力达到极限，导致颗粒物质呈现出固态特性。
在冲击过程中，颗粒物质难以发生形变和流动。
3. 数据分析与讨论通过对比不同重力环境下颗粒物质的冲击特性数据，我们发现重力对颗粒物质的冲击特性有着显著影响。
随着重力的增大，颗粒间的相互作用力增强，导致冲击过程中的摩擦力和内聚力增加。
同时，重力也会影响颗粒物质的流动性、形变和堆积等特性。
这些结果为我们深入理解颗粒物质在不同环境下的行为提供了重要的依据。
四、结论本研究基于离散元法，对不同重力下颗粒物质的冲击特性进行了研究。
实验结果表明，重力对颗粒物质的冲击特性具有显著影响。
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》篇一一、引言在众多科学领域中，颗粒物质的冲击特性研究具有重要的意义。
在地质学、材料科学、生物医学和物理科学等多个领域，颗粒物质的动态行为一直是研究的热点。
特别是在不同的重力环境下，颗粒物质的冲击特性会受到显著影响。
近年来，随着离散元法（DEM）的广泛应用，为研究这一领域提供了新的工具。
本文旨在基于离散元法，对不同重力下颗粒物质冲击特性进行研究，为相关领域的研究提供参考。
二、离散元法的基本原理离散元法是一种以粒子或元素为基础的数值方法，适用于处理离散系统的动力学问题。
其基本思想是将颗粒物质划分为许多小颗粒（元素），通过对每个小颗粒的运动、碰撞等过程进行计算，来模拟整体的运动过程。
离散元法具有处理复杂系统、可处理非线性问题等优点，为研究颗粒物质的冲击特性提供了有效手段。
三、不同重力下颗粒物质的冲击特性研究1. 模型建立与参数设置本研究采用离散元法，通过设置不同的重力环境（如地球重力、月球重力等），构建颗粒物质模型。
模型中，每个颗粒的物理属性（如质量、大小、形状等）均进行合理设置，以模拟真实环境下的颗粒物质。
同时，设置不同的冲击条件（如冲击速度、冲击角度等），以研究不同重力下颗粒物质的冲击特性。
2. 模拟结果与分析在模拟过程中，我们观察到在不同重力环境下，颗粒物质的冲击特性表现出显著的差异。
在较低的重力环境下，颗粒物质在受到冲击时更容易发生位移和变形，表现出较强的流动性；而在较高的重力环境下，颗粒物质则表现出较强的稳定性。
此外，我们还发现颗粒的形状、大小和排列方式等因素也会对冲击特性产生影响。
四、结果与讨论根据模拟结果，我们总结了不同重力下颗粒物质的冲击特性。
在较低的重力环境下，颗粒物质具有较好的流动性，容易发生位移和变形；而在较高的重力环境下，颗粒物质则表现出较强的稳定性。
这一结论有助于我们更好地理解颗粒物质在不同重力环境下的行为特征。
然而，本研究仍存在一些局限性。
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》篇一一、引言随着科技的进步，离散元法（DEM）作为一种有效的数值模拟工具，在研究颗粒物质的行为和特性方面发挥着越来越重要的作用。
本篇论文主要探讨了在不同重力环境下，颗粒物质的冲击特性如何受到其影响。
二、离散元法及其应用离散元法（DEM）是一种模拟离散体颗粒集合的物理行为的技术。
它通过计算每个颗粒的力、力矩和运动状态，来模拟颗粒物质的行为。
在颗粒物质的研究中，离散元法被广泛应用于模拟颗粒的碰撞、流动、堆积等过程。
三、不同重力环境下颗粒物质的冲击特性本部分研究关注了不同重力环境下颗粒物质的冲击特性。
重力对颗粒物质的分布、流动和冲击等特性具有重要影响。
为了研究这一问题，我们首先建立了基于离散元法的模型，并在不同的重力环境下进行了模拟实验。
（一）模型建立我们建立了基于离散元法的三维模型，模型中包含了不同大小、形状和材料特性的颗粒。
这些颗粒之间存在相互作用力，如接触力、摩擦力等。
通过调整模型参数，我们可以模拟不同重力环境下的颗粒物质行为。
（二）模拟实验我们进行了多组模拟实验，以研究不同重力环境下颗粒物质的冲击特性。
在模拟实验中，我们观察了颗粒物质的碰撞过程、冲击力、能量损失等指标。
这些指标可以反映颗粒物质的冲击特性。
（三）结果分析根据模拟实验的结果，我们发现重力对颗粒物质的冲击特性具有显著影响。
在低重力环境下，颗粒物质的碰撞过程更加复杂，冲击力更大，能量损失更快。
而在高重力环境下，颗粒物质的分布更加紧密，碰撞过程更加稳定，冲击力较小，能量损失较慢。
四、讨论与结论根据我们的研究结果，我们可以得出以下结论：不同重力环境下，颗粒物质的冲击特性具有显著差异。
低重力环境下，颗粒物质的碰撞过程更加复杂，需要更多的能量来维持其运动状态；而高重力环境下，颗粒物质更加紧密地分布在一起，其运动状态相对稳定。
这些差异可能是由于不同重力环境下颗粒之间的相互作用力和能量传递机制不同所导致的。
两相流动中椭圆颗粒沉降规律的数值模拟
两相流动中椭圆颗粒沉降规律的数值模拟
刘汉涛;常建忠;马理强;安康
【期刊名称】《水利水运工程学报》
【年(卷),期】2010(000)003
【摘要】应用任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法,对椭圆形颗粒在一定雷诺数范围内的沉降过程进行了数值模拟,流体运动由守恒方程计算,通过积分黏性应力和压力获得的颗粒受力来跟踪颗粒运动.结果表明:圆形颗粒与初始时刻长轴垂直于x轴放置的椭圆颗粒,一直沿通道中心线稳定沉降;初始时刻长轴平行于x轴放置的椭圆颗粒,沉降时向一侧壁面旋转靠近,最终也稳定在通道中心线,颗粒长轴与颗粒沉降方向垂直;两种情况下的椭圆颗粒最终沉降速度相同.
【总页数】4页(P75-78)
【作者】刘汉涛;常建忠;马理强;安康
【作者单位】中北大学,机电工程学院,山西,太原,030051;中北大学,机电工程学院,山西,太原,030051;中北大学,机电工程学院,山西,太原,030051;中北大学,机电工程学院,山西,太原,030051
【正文语种】中文
【中图分类】O359
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异质柱形颗粒与球形颗粒混合流动特性的CFD-DEM数值模拟分析
异质柱形颗粒与球形颗粒混合流动特性的CFD-DEM数值模拟分析王恒;仲兆平;王佳;王泽宇;王肖祎;朱玲莉【摘要】A numerical simulation method was used to describe and analyze the mixing flow of biomass particle and quartz sands in gas-solid fluidized bed.Three-dimensional gas-solid flow models were constructed to simulate the mixed flow of heterogeneous particles in mesoscopic scale.The integrated model was built in an Eulerian-Lagrangian approach and the constructed methods of cylinder-shaped particles were different when it came to different numerical methods.Each cylinder-shaped particle was constructed as an agglomerate of fictitious small particles in CFD part,while in DEM method,cylinder-shaped particles were built by multi-sphere method,in which small sphere element merged with each other.Soft sphere model was used to get the connect force between particles.The total connect force of cylinder-shaped particle was calculated as the sum of the small sphere particles' forces.Two models with different superficial gas velocities (1.0 m/s and 2.0 m/s) were built and the results of simulation were compared with the experimental results.The results show that the present work provides an effective approach to simulation the flow of two component particles.%针对成型生物质颗粒与流化介质在气固流化床中的混合流动过程,采用数值模拟对该过程进行描述和分析.应用Fortran语言编程,构建复杂组分的三维气固两相流模型,在介观尺度下对流化床中异质异形颗粒的混合流动模拟问题进行研究.在欧拉和拉格朗日框架下,分别采用不同方法构造柱形颗粒:在CFD模型中,采用虚拟小球法描述柱形颗粒,引入体积分数改进曳力系数公式;在DEM部分,采用球元叠加法构造柱形颗粒,引入软球模型计算颗粒间的碰撞力.基于上述方法,模拟表观气速分别为1.0 m/s和2.0 m/s时的柱形生物质与石英砂混合流动的物理过程,并将模拟结果与试验结果进行对比.研究结果表明:该方法能较好地模拟在鼓泡床状态下异质柱形颗粒与球形颗粒混合流动的过程.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(048)006【总页数】7页(P1667-1673)【关键词】CFD-DEM模拟;柱形颗粒;气固流化床【作者】王恒;仲兆平;王佳;王泽宇;王肖祎;朱玲莉【作者单位】东南大学能源与环境学院,能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,江苏南京,210096;东南大学能源与环境学院,能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,江苏南京,210096;东南大学能源与环境学院,能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,江苏南京,210096;东南大学能源与环境学院,能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,江苏南京,210096;东南大学建筑设计院有限公司,江苏南京,210096;东南大学能源与环境学院,能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,江苏南京,210096【正文语种】中文【中图分类】TQ051气固流化床中的颗粒流动模拟是多相流研究中一个重要的领域。
移动床中颗粒运动的微观分析
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ｆｅＸｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ２＿ＤｍＯＶｉｎｇｂｅｄｊｔ垫３ｔ＝∑（＾×∑Ｒ，。
），（２）３结果与讨论式中：ｉ、ｊ为任意颗粒，ｍｉ、Ｉｉ、弘、ｃｔ，ｉ、Ｆ妇、Ｆ“。
分别为颗粒ｉ的质量、惯量、线速度、角速度、所受的体积力和接触力；ｎ是由颗粒ｉ的质心指向接触点的向量．接触模型是ＤＥＭ的核心，目前普遍采用的是弹簧一阻尼器模型．当颗粒与颗粒（或壁面）接触时发生形变，产生接触力，颗粒的接触力包含弹性应力和阻尼，该接触力一般分解为法向和切向分量：咒，一Ｋ。
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》
《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》一、引言颗粒物质是自然界中广泛存在的一种物质形态，其冲击特性研究在众多领域具有重要应用价值，如物理、化学、生物医学、工程等。
近年来，随着离散元法（DEM）的快速发展，对颗粒物质冲击特性的研究也取得了显著的进展。
本文旨在基于离散元法，研究不同重力下颗粒物质的冲击特性，为相关领域的研究提供理论依据和实验参考。
二、离散元法及其应用离散元法是一种用于模拟和分析颗粒物质行为的数值方法。
该方法通过建立颗粒间的相互作用力，模拟颗粒的运动、碰撞和相互作用过程，从而实现对颗粒物质系统的整体行为的研究。
在颗粒物质冲击特性的研究中，离散元法具有较高的准确性和可靠性，能够为实验研究提供有效的理论支持。
三、不同重力下的颗粒物质冲击特性研究3.1 实验材料与方法本研究采用离散元法，通过建立不同重力条件下的颗粒物质模型，模拟颗粒的冲击过程。
实验材料选用具有代表性的颗粒物质，如砂土、煤粉等。
在模拟过程中，设定不同的重力条件，观察颗粒物质的冲击特性。
3.2 实验结果与分析在不同重力条件下，颗粒物质的冲击特性表现出明显的差异。
在低重力条件下，颗粒物质的冲击力较小，颗粒间的相互作用力较弱，颗粒运动较为平稳。
而在高重力条件下，颗粒物质的冲击力增大，颗粒间的相互作用力增强，颗粒运动更为复杂。
在离散元法的模拟过程中，我们发现颗粒物质的冲击特性受重力影响主要体现在以下几个方面：（1）冲击力的变化：随着重力的增大，颗粒间的相互作用力增强，导致冲击力增大。
（2）颗粒运动轨迹的变化：重力变化会影响颗粒的运动轨迹，使得颗粒在冲击过程中的运动更为复杂。
（3）颗粒堆积形态的变化：重力变化会影响颗粒的堆积形态，从而影响颗粒物质的力学性质和物理性质。
四、结论与展望本研究基于离散元法，研究了不同重力下颗粒物质的冲击特性。
实验结果表明，重力对颗粒物质的冲击特性具有显著影响。
随着重力的增大，颗粒间的相互作用力增强，导致冲击力增大、颗粒运动轨迹和堆积形态发生变化。
基于DEM模拟液固流化床粒度级配对颗粒流动特性的影响
基于DEM模拟液固流化床粒度级配对颗粒流动特性的影响丁冬峰;程可;陆晓峰;朱晓磊;朱凌雪【摘要】采用离散单元方法(DEM)对三维液固流化床进行数值模拟.考虑润滑力的作用,对比二元混合、窄级配和宽级配3种粒度级配方式对颗粒分布、速度、温度波动和混合程度的影响.分析结果表明:大颗粒有向床层下部运动的趋势,而小颗粒则有向床层上部聚集的趋势;与窄级配相比,二元混合和宽级配的轴向速度在不同高度上差异较明显,且颗粒温度波动也较小,颗粒更加容易出现偏析;2种颗粒粒径差距越大,越容易分离,而粒径越接近,越难分离,混合程度越好.【期刊名称】《中国粉体技术》【年(卷),期】2018(024)002【总页数】8页(P18-25)【关键词】流化床;多相流;粒度级配;离散单元法;计算流体力学【作者】丁冬峰;程可;陆晓峰;朱晓磊;朱凌雪【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;金陵科技学院,江苏南京211816【正文语种】中文【中图分类】TQ018液固流化床具有混合均匀、传热和传质性能好等优点，目前已被广泛应用于化工、食品技术、湿法冶金和水处理等诸多领域[1-2]。
目前对于气固流化床已经有了较为深入和系统的研究，而对液固流化床的研究较少。
液固流化床的放大、设计和运行主要取决于对颗粒力学行为和流动特征（如颗粒分布、流动形态和颗粒混合状态）的准确预测。
但是由于流化床内颗粒流体系统具有结构非均匀性、状态多值性、结构突变和结构的多尺度特征[3]，迄今为止仍然没有一套完整的理论体系来描述流化床内颗粒流体系统的动态特性，更缺乏液固流化床的放大与设计的通用方法，因此国际上此领域的研究受到学者的广泛关注[4-5]。
在流化床的研究中，实验方法可以获得较为可信的结果。
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第31卷第5期中国电机工程学报V ol.31 No.5 Feb.15, 201168 2011年2月15日Proceedings of the CSEE ©2011 Chin.Soc.for Elec.Eng.文章编号：0258-8013 (2011) 05-0068-08 中图分类号：TK 16 文献标志码：A 学科分类号：470⋅10不同物性对椭球形颗粒在移动床中流动特性影响的模拟研究陶贺，金保昇，钟文琪(东南大学能源与环境学院，江苏省南京市 210096)Effect of Particle Properties on the Flow Behaviors of Ellipsoidal Particles in the Moving BedTAO He, JIN Baosheng, ZHONG Wenqi(School of Energy & Environment, Southeast University, Nanjing 210096, Jiangsu Province China)ABSTRACT: Discrete element model (DEM) was developed to simulate the ellipsoidal particles flowing in the moving bed. The ellipsoidal particles was described by three overlapping sphere. Contact force and gravity force were considered when establishing the models, and the model was validated by the experiment results. In addition, flowing characteristic of particles in the moving bed was studied. The result shows that the flow mode is closer to the mass flow with the slide friction coefficient decreasing. And the voidage fluctuation range is greater as the slide friction coefficient increasing. Also, the influence of rolling friction coefficient and restitution coefficient on the flow mode and voidage can be ignored. For binary mixture, the voidage is smaller as the diameter ratio increase. The separation phenomenon will occur when different diameter particles mixing. The content of small size particle is less with increasing the diameter ratio during discharge. But when the discharge rate is more than 90%, the contrary tendency occurs. And with the sliding friction coefficient increasing, the content of small size particle increases at the initial and final discharging period, but decreases at the middle period.KEY WORDS: ellipsoidal particles; moving bed; discrete element model (DEM); flow characteristic摘要：采用多元颗粒模型对椭球形颗粒在移动床内的流动进行了离散单元法直接数值模拟。
椭球形颗粒由3个叠加在一基金项目：国家自然科学基金项目(50706007，50976025)；国家重点基础研究项目(2010CB732206)；东南大学杰出青年基金项目(4003001039)。
Project supported by National Natural Science Foundation of China (50706007, 50976025); National Key Program of Basic Research in China (2010CB732206); The Foundation of Excellent Young Scholar of Southeast University (4003001039). 起的球元构成，建立了椭球形颗粒的碰撞机制，详细分析了其运动过程中的受力情况，主要是碰撞力和重力，并通过实验验证了模型的正确性。
探讨不同物性颗粒在移动床内的流动特性，分析颗粒物性对流型、空隙率分布以及颗粒分离情况的影响。
结果表明，滑动摩擦系数越小，颗粒流动越接近整体流，滑动摩擦系数越大，颗粒流动越接近漏斗流，且滑动摩擦系数越大，空隙率的波动范围越大，滑动摩擦系数越小，空隙率分布越均匀。
滚动摩擦系数和弹性恢复系数对流型和空隙率的影响都很小。
在二元混合物中，颗粒直径比越大，空隙率越小。
不同尺寸颗粒混合物会导致颗粒分离，在下料时，颗粒直径比越大，细颗粒含量越少，但在物料卸出90%以后，细颗粒含量反而变大。
滑动摩擦系数增大，在下料初始和最终阶段，细颗粒含量变大，而在下料中间阶段，细颗粒含量变少。
关键词：椭球形颗粒；移动床；离散单元法直接数值模拟；流动特性0 引言移动床反应器是一种实现气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
按照固体和流体相对运动方向的不同，移动床可以分为逆流式、并流式和错流式。
在移动床中，颗粒通常从反应器的上部进入反应器内，在重力作用下缓慢向下移动，而气体则通过气体分布器流过颗粒层。
移动床在工业上得到广泛的应用，应用范围主要涉及固体与流体间反应、传质、传热、机械分离等场合[1-2]。
颗粒的流动特性是决定移动床性能的主要因素。
颗粒流是大量散粒材料的剪切流动，在这种流动条件下颗粒直接作用(包括碰撞和摩擦)占优势，而粒间流体相的影响可不予考虑，颗粒流动现象涉及到自然界和工程中的许多问题，比如自然界中发DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2011.05.016第5期陶贺等：不同物性对椭球形颗粒在移动床中流动特性影响的模拟研究 69生的雪崩、滑坡、泥石流以及工业上的粗颗粒物料的管道输送、食品加工和化学工程中的移动床、流化床等等。
对于颗粒物质流动的研究始于18世纪，主要有2种途径，实验及数值模拟，颗粒流动的实验提供了认识颗粒流动机理的基础，也是检验数值模拟结果是否正确的必要途径，但是试验方法具有一定的局限性，很多参量都无法直接测量，因此，数值模拟可以提供颗粒流动的细节以弥补实验的不足[3]。
离散单元法(discrete element method，DEM)直接数值模拟(通常也称为“软球直接数值模拟”)方法对于揭示颗粒物料的流动规律具有特别重要的意义。
国内外很多研究者对颗粒流动规律进行了模拟研究[4-16]。
但是大部分的研究都是针对球形颗粒，对于非球形颗粒的研究很少。
本文主要通过DEM直接数值模拟方法，对椭球形颗粒在移动床内的流动进行了模拟，研究了椭球形颗粒在流动过程中的流型、空隙率分布以及颗粒分离现象。
从数值模拟的角度揭示了椭球形颗粒的流动规律，为移动床的设计提供了一定的参考。
1 数学模型1.1 椭球形颗粒的碰撞机理本文采用多元颗粒模型[17-21](multi-element particle model)来描述椭球形颗粒，如图1所示。
每一个椭球形颗粒由3个叠放在一起的球组成，这些球被称为“元”。
图1椭球形颗粒模型示意图Fig. 1 Illustration of the multi-elementellipsoidal model particle用DEM方法模拟颗粒流动最关键的问题在于如何计算颗粒间的碰撞力。
椭球形颗粒间可能出现的碰撞方式如图2所示。
在模拟过程中，确定椭球形颗粒相互碰撞时的碰撞点十分关键。
图3为椭球形颗粒典型的碰撞方式。
通过确定碰撞点，颗粒a 和颗粒b的碰撞可以看成是球元A和D的碰撞或(b) 颗粒–球元(d) 颗粒–颗粒平行(e) 球元–壁面(f) 颗粒–壁面图2椭球形颗粒的碰撞机制Fig. 2 Possible contacts for ellipsoidal particles(a) 两球元碰撞图3椭球形颗粒典型的碰撞形式Fig. 3 Typical contacts for ellipsoidal particles者看成是球元D和球元A、B的碰撞。
因此，碰撞力可以由球体之间的碰撞来计算[22-23]。
1.2 颗粒运动方程图4为椭球形颗粒碰撞后的受力情况。
由图中可知，颗粒受到了重力和碰撞力的作用。
颗粒在运动过程中遵循牛顿第二定律，其平动和转动的运动方程为pp p cddmt=+VG F(1)p ppdd t I=Mω(2) 式中：m p为椭球形颗粒的质量；V p为颗粒的速度；G p为重力；G c为碰撞力；M p为椭球形颗粒转动的合力矩；I p为椭球形颗粒的转动惯量。
颗粒的平动是由重力和碰撞力引起的，而转动是由碰撞力引起的。
ωωpV图4 椭球形颗粒的受力示意图Fig. 4 Sketch map of forces and motions ofellipsoidal particle椭球形颗粒的重力式按(3)计算：70 中 国 电 机 工 程 学 报 第31卷p p m =G g (3)式中m p 为椭球形颗粒的质量，该质量是椭球形颗粒的实际质量，而不是用于组成椭球形颗粒的“元”的质量和。
因为虽然颗粒的重力是由组成颗粒的元计算得到，但是颗粒元之间的重叠和空隙又使得颗粒元的重力和和颗粒的实际重力不一致。
每一个椭球形颗粒所受到的碰撞力是组成它的颗粒元的碰撞力的总和，即ec ce 1N =∑F F (4)式中F ce 为作用在用于组成椭球形颗粒的颗粒元j 上的所有碰撞力。