用颗粒离散元法模拟料仓卸料过程
基于离散元EDEM的米粒破碎特性分析
基于离散元EDEM的米粒破碎特性分析
刘程;王旺平;宋少云
【期刊名称】《食品与机械》
【年(卷),期】2022(38)9
【摘要】目的:优化碾米机碾辊转速,减少碾白过程中米粒的碎米率。
方法:利用SolidWorks软件建立挤压填充模型,采用EDEM软件中颗粒黏结模型建立单粒米粒以及两粒米粒碰撞接触模型,模拟不同含水率的米粒在不同下落速度下的碰撞过程,观察相应米粒碰撞结果。
结果:米粒在碰撞过程中有3种临界状态,分别是完整米粒、轻微破碎米粒、断裂米粒。
在设定的含水率范围下,米粒破碎率随着含水率和碰撞速度的增加而增加;单粒米粒和两粒米粒碰撞模型中完整米粒状态的临界破碎速度相近,分别为23.5,22.0 m/s。
结论:速度和含水率对米粒破碎形态影响显著,并且在含水率为10.6%下,米粒不破碎能承受的最大速度为22.0 m/s,此时米粒破碎率较小且满足碾白需求。
【总页数】5页(P88-92)
【作者】刘程;王旺平;宋少云
【作者单位】武汉轻工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TS2
【相关文献】
1.基于离散元的剪切挤压破碎机破碎过程能耗分析
2.基于EDEM软件的单螺杆离散元模拟仿真与分析
3.基于EDEM的回转组合多层筛筛选过程的离散元分析
4.基于离散元EDEM的碾米机内物料运动离散元分析研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
煤炭筒仓卸料的离散元模拟及应用
煤炭筒仓卸料的离散元模拟及应用针对煤炭筒仓卸料过程中流动形态难以界定,分层混杂卸料情况复杂,出仓灰分难以预测等问题。
文章从筒仓试验探究、离散元筒仓模拟两方面对筒仓卸料规律进行探究,得到煤炭物料水分含量、煤炭颗粒粘聚能量密度对于煤炭筒仓卸料过程的影响,与煤炭物料分层混杂卸料规律。
通过软件开发,建立了针对涡北选煤厂精煤2#仓的卸煤过程仿真系统,实现了对煤炭筒仓数质量信息的实时监测与出仓灰分预测功能。
首先,通过试验探究了煤炭筒仓内物料分层卸料规律。
随着卸料量的增大,不同煤层混杂比例不断增大,混杂比例的变化趋势接近于线性,从混杂卸料开始至混杂卸料结束总的混杂量在55%左右。
在一定水分含量范围内,随着水分含量的增大,煤炭筒仓中不同煤层的混杂程度会逐步降低,仓内物料流态更趋近于整体流态。
此外,在筒仓卸落物料的过程中,如果物料颗粒受到外界其它力的作用,会在很大程度上影响仓内物料的卸料流态,进而影响分层卸料的混杂程度。
其次,通过离散元模拟从不同煤层卸料的次序出发,探究不同煤层卸料规律以及影响卸料规律的相关因素。
对于卸料过程中分层混杂情况,随着物料量的增多,总的混杂程度会逐渐减小,而以混杂出料的起始点计算混杂程度,则卸料量并不会引起混杂程度的变化。
此外探究了颗粒间凝聚力对于分层混杂卸料的影响,发现颗粒间的粘聚能量密度对于不同煤层的混杂卸料并没有直接影响。
开发了一套卸煤过程仿真系统,实现了仓存数质量信息的实时采集、存储,完成了仓存与灰分数据的整合处理与煤层三维模型的建立,实现了出仓灰分的预测。
通过该软件系统的应用,可实现仓存数质量信息的实时监测,以及出仓灰分预测。
仿真系统预测灰分与实际发运灰分平均偏差为0.154,有效提高了精煤产品发运管理的效率。
单层香蕉筛筛面上颗粒流的离散元法模拟
单层香蕉筛筛面上颗粒流的离散元法模拟一、引言二、离散元法简介1.离散元法的定义2.离散元法的基本原理三、单层香蕉筛筛面上颗粒流的离散元法模拟1.单层香蕉筛筛面上颗粒流的特点2.离散元法模拟的步骤及方法a.建立模型和初始条件b.计算颗粒之间的相互作用力和受力情况c.更新颗粒位置和速度信息d.重复计算直到达到设定条件为止四、模拟结果分析与讨论1.颗粒流速度分布图谱分析2.颗粒流密度分布图谱分析五、结论与展望一、引言随着科技和工业化水平的不断提高，人们对于物料处理过程中效率和质量的要求也越来越高。
而香蕉筛是一种常用于物料筛选和分级的设备，其在各种行业中得到了广泛应用。
为了更好地了解香蕉筛在物料处理中的性能表现，需要进行相关研究。
本文将介绍一种基于离散元法的单层香蕉筛筛面上颗粒流的模拟方法，通过对颗粒流的速度和密度分布进行分析，探讨香蕉筛在物料处理中的性能表现。
二、离散元法简介1.离散元法的定义离散元法（Discrete Element Method，DEM）是一种用于模拟颗粒运动和相互作用力的数值计算方法。
它将颗粒看作是一个个独立的实体，通过计算颗粒之间的相互作用力和受力情况，来模拟颗粒运动和变形过程。
2.离散元法的基本原理离散元法基于牛顿第二定律和能量守恒原理，通过建立颗粒之间相互作用力和受力情况的数学模型，来模拟颗粒运动和变形过程。
其中，牛顿第二定律描述了物体在受到外力作用时所产生的加速度与所受合外力之间的关系；能量守恒原理描述了物体在运动过程中所涉及到的能量转化与守恒关系。
三、单层香蕉筛筛面上颗粒流的离散元法模拟1.单层香蕉筛筛面上颗粒流的特点单层香蕉筛是一种常用于物料筛选和分级的设备，其主要特点包括：（1）筛面为弧形，具有一定的倾角和振动频率；（2）物料在筛面上呈现出一定的速度和密度分布；（3）物料在筛面上受到重力、惯性力、阻力等多种作用力。
2.离散元法模拟的步骤及方法基于离散元法对单层香蕉筛筛面上颗粒流进行模拟，需要进行以下步骤：a.建立模型和初始条件首先需要建立颗粒之间相互作用力和受力情况的数学模型，并确定初始条件，包括颗粒质量、形状、大小、密度等参数以及筛面倾角、振动频率等操作参数。
离散元法在冶金原料处理中的应用
·改造与应用·离散元法在冶金原料处理中的应用①吴亚赛②（中冶京诚工程技术有限公司 北京１００１７６）摘 要 冶金原料场主要对炼铁原、燃料等散状物料进行处理，为烧结、焦化、高炉等工序供料。
离散元法在散料处理领域应用广泛。
为探究离散元法在冶金原、燃料处理中的应用方向，首先对离散元法和冶金原料场的特点进行简要介绍，对离散元法在炼铁原燃料处理环节中的输送机转载结构优化设计、物料破碎仿真、粒度偏析仿真、设备磨损分析、除尘装置优化设计等方面的相关研究进行综述，最后提出离散元法与其它仿真软件耦合进行优化设计、设备衬板优化、混匀配料仿真分析等研究方向。
关键词 原料场 离散元法 ＤＥＭ ＣＦＤ耦合中图法分类号 ＴＦ３４５ ＴＨ１１７．１ 文献标识码 ＡＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２２ ０５ ０２４ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤｉｓｃｒｅｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｉｎＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＲａｗＭａｔｅｒｉａｌＴｒｅａｔｍｅｎｔＷｕＹａｓａｉ（ＭＣＣＣａｐｉｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１７６）ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｙａｒｄｍａｉｎｌｙｐｒｏｃｅｓｓｅｓｂｕｌｋｍａｔｅｒｉａｌｓｓｕｃｈａｓｉｒｏｎｍａｋｉｎｇｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｆｕｅｌｓ，ａｎｄｓｕｐｐｌｉｅｓｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ｃｏｋｉｎｇ，ｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅａｎｄｏｔｈｅｒｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｂｕｌｋｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｎｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｒａｗｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｆｕｅｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｎｄｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｙａｒｄａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｎｖｅｙｏｒｔｒａｎｓｆｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍａｔｅｒｉａｌｃｒｕｓｈｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｅａｒａｎａｌｙｓｉｓ，ｄｕｓｔｒｅｍｏｖａｌｄｅｖｉｃｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｎｉｒｏｎｍａｋｉｎｇｒａｗｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｆｕｅｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆｃｏｕｐｌｉｎｇｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｌｉｎｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｍｉｘｉｎｇａｎｄｂａｔｃｈｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ Ｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｙａｒｄ Ｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ ＤＥＭ ＣＦＤｃｏｕｐｌｉｎｇ１ 前言离散元法（ＤｉｓｃｒｅｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ，ＤＥＭ）是用来解决不连续介质问题的数值模拟方法，其基本思想是对研究对象进行单元划分，根据相互独立的离散化的各单元间相互作用和牛顿运动定律，采用动态松弛法和静态松弛法对各单元进行循环迭代计算，得出每一个时间步长内各单元的受力和位移，从各个单元的运动状态即可得知整个系统的运动状态［１，２］。
土体颗粒破裂过程离散元模拟的新方法
土体颗粒破裂过程离散元模拟的新方法董爱民;蒋国盛【摘要】土体颗粒的破碎对土体的宏观变形和强度性质有重要影响.数值模拟方法是研究土体颗粒破碎机理的重要手段.采用离散元数值软件PFC模拟土体颗粒的破碎.首先利用PFC内置Fish语言编写颗粒破坏准则,使得单个颗粒在满足破坏函数时破裂成为多个粒径更小的颗粒,从而实现PFC中颗粒的可破碎性,降低了传统方法“团聚颗粒”模拟颗粒破碎时建模和参数选取的复杂性.随后运用Fish编写的程序模拟土体在单轴压缩条件下颗粒破碎的过程;并对土体颗粒破碎特征进行分析.分析可知:颗粒破碎随着加载进行逐步从土体上部向下发展;土体中颗粒的破碎现象在空间上并不均匀发生,主要集中在试样的上部;加载过程中试样孔隙率的变化可以分为两个阶段,第一个阶段与颗粒的位置调整相关;而第二个阶段则与颗粒破碎相关,且第二阶段变化更为明显.颗粒破碎最终导致土体颗粒的粒径分布更为不均匀,最终形成级配较好的土体;但试样初始阶段的颗粒仍然为土体的主要成分.模拟结果与室内试验的部分成果比较,模拟结果与试验观察到的破裂现象基本一致,表明运用新方法模拟颗粒破碎过程合理、可行.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)025【总页数】5页(P277-281)【关键词】土体;颗粒破碎;破碎过程;数值模拟;PFC【作者】董爱民;蒋国盛【作者单位】中国地质大学工程学院,武汉430074;中基发展建设工程有限责任公司,北京100024;中国地质大学工程学院,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TU43土体在各类动静荷载的作用下容易产生颗粒破裂，而颗粒破裂会导致工程对象的变形性能和渗透性质发生变化，且使得土体的各种力学性质随着颗粒的破碎产生非线性的变化［1，2］，最终会影响工程结构的稳定和安全。
因此，研究土体颗粒的在荷载作用下的破裂过程和机理十分重要。
国内外许多学者基于室内试验对影响颗粒破碎的影响因素及其对材料宏观性质的影响进行了研究。
筒仓散体物料压力研究现状与新进展
筒仓散体物料压力研究现状与新进展赵光明石鑫丁圣潇张华松王琼琼华电重工股份有限公司（100160）摘要:散体物料压力是进行筒仓设计的重要依据，也是研究筒仓的基础。
文章总结了国内外筒仓散体物料压力的研究现状及新进展，对筒仓散体物料压力的研究内容、研究方法、研究成果进行了梳理，重点关注了筒仓动态压力问题，并介绍了目前筒仓散体物料压力理论研究、试验研究和数值分析方面的一些新进展，可为该领域的研究提供参考。
关键词:筒仓；散体物料；动态压力；研究现状；离散元0引言筒仓具有占地少、仓容大、机械化程度高、储料周转流通成本低等特点,在矿山、港口、煤化工企业和仓储物流行业应用较为广泛,取得的经济和社会效益非常显著。
伴随着经济建设和应用范围的不断的发展,对于筒仓容量的需求和建设规模越来越大,与此同时,筒仓在建造和使用过程中倒塌事故经常发生(如图1所示)。
经过分析筒仓事故引发的原因,主要有以下几个方面,筒仓在施工过程中质量管控不严格、仓体在使用过程中不规范等,另外一个重要因素是筒仓储料压力计算理论还不是很完善,目前的设计规范还不能完全真实反映筒仓储料及卸料的真实受力状态[1]。
筒仓的主要作用是用于散体物料的存储和流通。
由于散体物料具有复杂的物理和力学特性,比如著名的“粮仓效应”———当粮食堆积高度大于两倍的筒仓直径时,粮食底面所受的压力不再随粮堆高度的增加而增加[2](如图2所示)。
一方面是人们对散体物料压力分布的特性及内在机理认识不够,另一面作为热点问题,相关的研究工作不断向前推进。
特别近十多年来,随着研究的深入和技术手段的更新,散体物料压力领域出现了一些新理论和新方法。
散体物料压力是力学领域重要的基础性问题,也是筒仓设计的重要依据。
因此,对筒仓散体物料压力问题进行梳理是十分必要的。
文章总结了国内外筒仓散体物料压力的研究现状及新进展,为相关的研究工作和研究人员提供参考。
1静态压力静态压力指的是筒仓物料存储期间,由静止的物料产生的作用在仓体上的压力,主要包括仓壁上侧压力和仓底的竖向压力。
颗粒物料输送过程运动特性的离散元模拟
颗粒物料输送过程运动特性的离散元模拟刘瑜;周甲伟;张晓玲【摘要】为揭示颗粒物料输送过程中的运动规律以及卸料轨迹的影响因素,采用离散单元法建立胶带输送机运输模型,对颗粒物料的输送和抛射行为进行模拟.通过颗粒物料输送过程的运动速度和抛射轨迹分析发现:颗粒在胶带输送机上的运动分为加速、抛射和碰撞3个阶段,颗粒在碰撞阶段与挡板和其他颗粒发生多次碰撞,使其速度和方向不断改变,是影响颗粒卸料落点的主要因素;颗粒物料按照入料顺序分为入料初期颗粒、入料中间颗粒和入料末期颗粒,入料中间颗粒在抛射和碰撞反弹阶段都会受到其他颗粒的干扰,其卸料轨迹和落点存在较大差异,碰撞过程中能量损失较大,是影响输送效率的重要原因.【期刊名称】《图学学报》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】7页(P896-902)【关键词】颗粒物质;输送;离散元;运动规律;碰撞【作者】刘瑜;周甲伟;张晓玲【作者单位】河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454000;中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221116;河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TH222颗粒物质作为不同于固体、流体和气体的物质形态在自然界中广泛存在[1-3]，如矿石、粮食、泥沙、药品等。
此类物质具有复杂的物理性质，其输送在矿山、冶金、农业、制药以及环境科学等多个方面都有应用，是颗粒物质的主要研究方向之一。
何吉春和潘桂如[4]对旋转综采工作面带式输送机的转弯进行改造，采用在转弯处进行内曲线抬高及安装调向托辊的方法实现带式输送机在转向地点的平缓过渡。
朴香兰和郭越[5-6]用离散单元法对转运站固体物料颗粒的运动进行数值模拟，得到颗粒运动过程中接触力及动能的变化规律，并指出挡板设置只对动能、摩擦能和应变能有影响。
刘金萍和王磊[7]对抛物线卸料轨迹的绘制进行阐述，指出带式输送机卸料轨迹对保证胶带安全经济运行具有重要意义。
胶带输送机是目前最常用的输送设备[8-10]，而颗粒物料的运动特性对胶带输送机的输送效率和效果等具有较大影响。
基于离散元法的散粒货物数值模拟研究
基于离散元法的散粒货物数值模拟研究离散元法（DEM）是一种数字化颗粒材料行为的数值模拟方法。
它是以颗粒为基本单元，根据颗粒之间的相互作用，模拟颗粒系统的运动和相互作用。
在散粒货物领域，离散元法可以模拟散装物料的流动，包括散粉、颗粒、球状物等。
散粒货物是指通过仓储集装设备储存并通过装载设备运输的物质，例如水泥、煤粉、粮食等。
随着物流技术的不断发展，散粒货物的运输和储存水平越来越高。
但是，由于散粒货物通常存在流动性能差、易结块、堆积不稳定等问题，给运输和储存过程带来了风险和困难。
因此，对散粒货物的数值模拟研究具有重要意义。
离散元法的模拟分为两个阶段：预处理阶段和运行阶段。
预处理阶段主要进行材料参数的设定、模型建立和边界条件的处理等；运行阶段主要进行模拟计算和结果输出。
离散元法模拟中需要涉及的参数包括材料参数、模型参数、边界条件等。
其中，材料参数包括颗粒的密度、粒径、杨氏模量、泊松比、接触力等；模型参数包括阻尼系数、形状系数、断裂参数等；边界条件包括容器壁、进口和出口的位置和形状等。
在数值计算过程中，需要注意颗粒和固体界面之间的摩擦和之间的碰撞。
通过对这些因素的调整和优化，可以得到准确的数值结果。
离散元法的应用范围很广泛，在散粒货物领域主要应用于以下方面：储料仓设计、管道输送、堆场堆积等。
通过数值模拟，可以预测散粒货物的流动行为，并对其进行优化。
例如，在储料仓设计中，可以通过数值模拟预测散料在仓内的流动状态，从而提高仓内料位分布的均匀性；在管道输送中，可以通过数值模拟预测散料在管道内的流动状态，从而减少管道磨损和漏料；在堆场堆积中，可以通过数值模拟预测散料的堆积和流动，从而优化堆场空间利用率和堆垛质量。
总之，离散元法的应用在散粒货物领域具有广阔的前景。
通过数值模拟，可以预测散粒货物的流动行为，并对其进行优化。
未来，离散元法将在散粒货物领域发挥更大的作用，为物流领域的发展做出更大的贡献。
模拟颗粒流动的离散元方法及其应用
第 23 卷第 4 期 2003 年 4 月
知识介绍
模拟颗粒流动的离散元方法及其应用
武锦涛 陈纪忠 阳永荣
( 浙江大学材料与化工学院 ,浙江 杭州 310027)
摘要 : 介绍了离散元 (DEM) 方法的基本原理 、 颗粒运动控制方程和颗粒相互作用力的数学模型 。综述了 DEM 在流化床和 固定床反应器 ,以及一些单元操作如料仓卸料过程 、 混合过程等中的最新应用和研究结果 , 表明 DEM 能够反映过程的本质机 理 ,可以利用基本的数据模拟复杂的颗粒流动系统 。最后指出了 DEM 发展中亟待解决的问题 。 关键词 : 离散元方法 : 颗粒流动 ; 数值模拟 中图分类号 :TQ018 文献标识码 :A 文章编号 :0253 - 4320 (2003) 04 - 0056 - 03
n Fcij
s Fcij
图1 颗粒接触力 根据研究对象和目的的不同 , 采用的颗粒接触 力模型也就有所不同 , 一般常见的有 Hooke 定律 、 Hertz 理论等 ,主要是式 ( 3 ) 、 式 ( 4 ) 中的 Kn 、 Ks 等的 计算方法不同 。Langston 等 [3 ] 利用连续势能来描述 颗粒的相互作用力 ,可以确保 DEM 算法在比较大的 时间步长情况下也有很好的稳定性 。Zhang 等[4 - 5 ] 改进了切向应力的模型 , 在他们的模型中根据切向 应力的变化情况来计算 Ks 。另外 , Kafui 等 [6 ] 在其文 章中介绍了 J KR 模型 ,它是将表面能引入到 Hertz 模 型中 。
Method and application of discrete element model for granular flow
带式输送机散料转载运移轨迹研究
滚动摩擦系数 ０．１ ０．１ ０．２
图 １ 输送带速度 ０．５ｍ／ｓ卸料轨迹仿真结果
收稿日期：２０２１?０３?１０ 作者简介：崔 军（１９８６－），男，山西长治人，工程师，从事矿山机电技术工作。
３５
２０２１年 ７月 崔 军：带式输送机散料转载运移轨迹研究 第 ３０卷第 ７期
带速度大，因而会导致算出的物料高度也偏大。
带速度较低情况下，计算物料高度应该采用分离速
３ 结 语
度不应采用输送带速度。
参考文献： 通过以上卸料轨迹的仿真对比分析，发现了绘
制卸料轨迹方法存在的一些不足与适用情况。
［１］ 宋伟刚．散状物料带式输送机设计［Ｍ］．沈阳：东北大
１） ＣＥＭＡ方 法 绘 制 卸 料 轨 迹，当 输 送 带 速 度 比较低时，采用卸料滚筒转速计算分离角与实际相 差较大，物料速度有分层现象，卸料轨迹上窄下宽呈 发散形状，与仿真结果有出入。但在输送带速度较 高时，如果对卸料轨迹精度要求不高，可以使用 ＣＥ ＭＡ方法绘制卸料轨迹。
参考文献：
［１］ 任印东．浅谈薄煤层的开采的现状及对策［Ｊ］．山东工 业技术，２０１６（７）：５１．
［２］ 杨宝忠．薄煤层开采技术发展现状［Ｊ］．能源与节能， ２０１６（１）：１９０－１９２．
［３］ 张宪军．薄煤层工作面过复杂地质构造技术策略研究 ［Ｊ］．矿业装备，２０２０（６）：５６－５７．
［４］ 王灵俊．周期来压期间对综采工作面顶板管理影响探 析［Ｊ］．中国 石 油 和 化 工 标 准 与 质 量，２０２０，４０（２４）： ８６－８８．
表 ２ 材料属性
材料 煤
橡胶 钢
泊松比 ０．２８ ０．４７ ０．３
剪切模量 ／ＧＰａ １．９９
０．００２６７ ７９
振动筛分之颗粒离散元法
振动筛分之颗粒离散元法下文就请人从众振动筛专家给我们讲解一下离散元法在振动筛中的应用：以下简称DEM。
是20世纪70年代发展起来的用来计算散体介质系统(干散体、湿散体或两相悬浮体)的力学行为的一种数值方法，在英文文献中，还有学者把它称为粒子动力学方法。
其基本思想是把所研究的物体(或介质)离散为独立的“单元”或“粒子”，相邻的“单元”之间存在某种或几种作用力，“单元”的运动受牛顿第二定律的支配，通过跟踪每个“单元”的微观运动可以得到模拟对象的力学、热学、物理学或化学的状态分布及演化规律。
这种方法最初是为解决岩块系统的运动问题而提出来的，经过30余年的发展．目前已在岩土工程、采矿工程、水利水电工程、冶金、化工、制药、农业、食品、矿物加工、交通运输等领域得到了成功的应用，取得了一些令人瞩目的研究成果，从而越来越受到工程界的重视。
1离散元法的发展概况一般认为离散元法是1971年由cundau最先提出并应用于岩石力学的”。
，实际上．用这种概念处理离散介质的思想早在1968年就有人提出。
到1974年，二维的程序趋于成熟，已有屏幕输出的交互会话功能，但是由于受计算机内存的限制，不少程序是用汇编语言写的。
1978年，有人扩充了DEM，使之可用于模拟变形块体；同年．技术人员开发了二维圆形块体的BALL程序．用于研究颗粒介质的力学特性(土力学)，所得结果与前人的光弹试验结果一致。
2颗粒离散元法在散体物料处理方面的应用散体物料处理(颗粒技术)包括分选、分缓、破碎、装填、压制、存储、运输、混台、凝聚、造粒、流态化等过程在日业、医药、食品、化工、环境等领域的应用极为广泛，自然界中的风蚀、雪崩、混石流、沙尘暴等现象也是典型的散体过程颗粒DEM在上述领域均有应用。
．1颗粒流动的研究对颗粒流动过程进行模拟是颗粒DEM应用较早和较为广泛的一个领域，如料仓卸料这一典型的散体流动现象。
DEM出现后．Langston就采用它对料仓料斗进行过系统研究，以后又有众多的研究者采用颗粒DEM对料仓卸料过程进行模拟。
转运站落差过大如何降低对下层皮带的冲击+离散元方法(DEM)
离散元方法（DEM）是专门用来解决不连续介质问题的数值模拟方法。
该理论提出至今已有100多年，近年来发展迅速，在岩土、矿冶、农业、食品、化工、制药和环境等领域有广泛地应用，可分为分选、凝聚、混合、装填和压制、推铲、储运、粉碎、爆破、流态化等过程。
颗粒离散元法在上述领域均有不少应用：料仓卸料过程的模拟；堆积、装填和压制；颗粒混合过程的模拟。
目前在输送机领域，有专门模拟物料流动的软件，以解决漏斗溜槽的最佳设计问题。
以下图片就是自己参与的一个国外工程，用离散元方法（DEM）解决溜槽堵塞的实例。
第1、2、3图模拟原溜槽物料流动出现堵塞过程；第4图模拟修改后的溜槽物料流动情况，解决了堵塞问题。
其实，原来的溜槽也是通过了离散元方法模拟不堵塞。
在实际使用中每天都要发生严重堵塞，用户每天都得花2小时清理。
后来重新设置物料参数模拟出与现场相同的堵塞情况，模拟出溜槽修改方法。
说明再好的软件和分析方法，没有掌握好，没有足够的经验，一样会出现问题。
转运站落差过大如何降低对下层皮带的冲击？最近设计一套皮带系统，在转运站出量皮带落差在11m，采取什么措施可以降低对下层皮带的冲击？1、机头弄个仓，下边加个给料机。
2,落煤管管用带弧度的方管或者圆管，使物料顺着落料管滑落到下一段皮带上。
3，在落料管道上加装缓冲器，缓冲器有现成的，也可以自己设计，大多是弹簧复位的。
但是要防止堵料，安装要合理。
4，在落料管末端加一个喂料器，让物料先砸在落料器上然后再落在皮带上，5，皮带接料处安装比较好的缓冲托辊，减少物料对皮带的冲击。
6、目前国外流行采用离散元模型Discrete Element Modelling (DEM)技术设计，使物料对溜槽冲击、物料的破碎、粉尘飞扬、对胶带的冲击磨损达到最小。
凡是大的工程项目投标，业主都会提出这样的设计要求。
动态分析技术、离散元分析技术、有限元分析技术是长距离带式输送机现代设计方法中必须掌握的技术，否则在国外大型工程投标的资格都没有。
用颗粒离散元法模拟筛分过程
收稿日期: 2006 08 25 基金项目: 国家自然科学基金重点项目( 90210035) ; 教育部科学技术研究重大项目( 306008) 作者简介: 焦红光( 1970 ) , 男, 安徽省亳州市人, 副教授, 博士, 从事矿物加工理论、工艺和设备方面的研究. E mail: hpujh g@ 126. com Tel: 13939101497
接触刚度/ ( N m- 1) 接触情形 1 接 2
恢复系数 接触情形 1 接触情形 2
计算时步 保险系数
1. 5
30 000
50 000
0. 3
0. 3
0. 6
0. 5
0. 1
注: 接触情形 1, 2 分别指颗粒间及颗粒同器壁之间的接触
2. 2 粒群在筛面上的运动与透筛 图 3 是模拟得到的筛分作业的进行图.
筛分作业是为了产品销售目的或为了调节其 他过程的一种物料准备 工艺, 它广 泛地应用于矿 业、冶金、建材、食品、医药、化工、能源及环境等诸 多领域. 筛分作业的结果不仅对下一步作业的效率 有着重要影响, 而且对直接或间接产生的商品价值
有着很大的影响[ 1 3] . 物料在筛面上的运动状态具 有类似于流体的极为复杂的力学特性, 为提高筛分 机械的设计水平、增效降耗, 迫切需要深入了解物 料在筛面上的运动状态及透筛规律[ 1, 3] .
成堆积, 物料在筛分机给料端的堆积阻碍了后续颗 粒同筛面的直接接触碰撞, 这使得后续物料中粒度 较小的颗粒暂时丧失了透筛机会, 反过来又加剧了 物料在给料端的堆积现象. 由于筛分机的抛射作用 及物料颗粒在倾斜筛面上自身的重力作用, 物料在 给料段的堆积厚度并未随着给料过程的继续而持
离散元软件PFC在矿业工程中的应用现状及分析
SUPERDEM
2
PFC 简介
语言 fish 功能强 大， 可允许用户根据自身需求定义 新的变量和函数。许尚杰
〔3 〕
等利用 fish 语言编写 了
在 PFC 计 算 循 环 中， 假设颗粒都是圆形刚性 的， 在给定每个颗 粒 参 数 ( 半 径、 密 度、 摩 擦 系 数、 接 触刚度系数 等 ) 和 墙 体 参 数 ( 速 度、 摩 擦 系 数、 剪切 刚度系数、 法向刚 度系 数 等 ) 的 情况 下， 对每一颗粒 交替运用牛顿第二定律与 力位 移 定 律， 在摩擦力的 作用下， 最 终 达到 静 态平衡。 在 PFC 中， 单元颗粒 的直径可以是均匀分布， 也可以按高斯分布， 通过改 ， 变单元颗粒直径 大 小 可 调 整 孔 隙 度 同 时 粒 径 大 小 可随时调整。颗粒 间 接 触 相 对位 移 的 计 算， 不需要 〔2 〕 增量位移而直接通过坐标来计算 。PFC 内嵌程序
〔5 〕 李福胜
〔6 〕 王连庆等
不同放矿过程
〔7 〕 王培涛等
充填颗粒流
〔8 〕 李兴尚等
充填体压实整个动态发展过程。并研究了充 填 率、 充 填 材 料 的 胶 结 强 度 和 弹 性模 量 等 宏 观性质对充填体压实特性的影响。
3. 2
岩土工程方面 PFC 自从 岩土工程是 PFC 模拟中的 重要 部 分，
颗粒计算循环过程
Calculation cycle of particles
The unit classification of discrete element
首次向我国岩石力学和工程界介绍了离散元法的基 本原理及个应用例子。经过近 30 年的发展， 现广 泛 应用在岩 土、 矿 冶、 农 业、 食 品、 化工、 制药和环境等 领域。当前国 内 外 离散元 主要 使 用 软件 如表 1 所 示。
基于离散元法的颗粒饲料粘结参数标定及其破碎过程分析
基于离散元法的颗粒饲料粘结参数标定及其破碎过程分析王雷;张永林;李彬;路婉秋;杨柳;刘晓鹏【期刊名称】《饲料工业》【年(卷),期】2023(44)1【摘要】针对颗粒饲料在加工过程中易发生破碎,因其破碎机制尚不明确,难以通过优化加工机械的关键结构、运行参数来降低颗粒破碎率的实际问题,本研究以颗粒饲料(母猪饲料)为研究对象,应用离散元素法建模软件EDEM建立了颗粒饲料离散元模型,结合台架试验(质构仪)开展了离散元粘结参数[单位面积法向刚度(K_(n))、单位面积剪切刚度(K_(t))、临界法向刚度(C_(n))、临界剪切刚度(C_(t))]测试与标定试验。
台架试验结果表明,C_(n)、C_(t)的取值分别为2.93×10^(7)、2.22×10^(6)P_(a),K_(n)、K_(t)的量级范围分别为[10^(10),10^(11)]、[10^(9),10^(10)];二次正交旋转组合试验结果表明,当Kn、Kt的取值分别为4.11×10^(10)、7.13×10^(9)N/m^(3)时,仿真模型的挤压、剪切破碎力与实际破碎力之间的误差均在5%以内,标定结果准确;颗粒饲料破碎过程分析表明,饲料样品承受剪切破坏的能力不及其承压能力,但剪切破坏时不易发生粉化。
本研究可为优化饲料加工机械的关键结构及运行参数、降低颗粒破碎率提供理论参考。
【总页数】8页(P10-17)【作者】王雷;张永林;李彬;路婉秋;杨柳;刘晓鹏【作者单位】武汉轻工大学机械工程学院;武汉轻工大学动物科学与营养工程学院【正文语种】中文【中图分类】S817.12【相关文献】1.基于JKR粘结模型的蚯蚓粪基质离散元法参数标定2.基于注入截面法的颗粒饲料离散元模型参数标定3.饲料油菜薹期收获茎秆破碎离散元仿真参数标定4.颗粒饲料破损离散元仿真参数标定5.玉米颗粒粘结模型离散元仿真参数标定方法研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
U型混合机内颗粒混合运动的离散元模拟
同，混合程度相近。
关键词：椭球颗粒；混合；离散元法；数值模拟；机械搅拌；运动形态
doi:10.13302/ki.fi.2019.03.002
中图分类号：S817.12+4
文献标识码：A
文章编号：1001-991X（2019）03-0010-05
Discrete element method simulation on mixing motion of ellipsoid particles in U-tank mixer
ring shaft rotates was same and the mixing degree was similar.
Key words：ellipsoid particles；mix；discrete element method；numerical simulation；mechanical agita⁃
工艺设备
2019 年第 40 卷第 3 期 总第 576 期
U 型混合机内颗粒混合运动的离散元模拟
■ 刘文亮 刘 扬 张永成* 唐玉荣 兰海鹏 张 宏 马佳乐
（塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔 843300）
摘 要：为探究机械搅拌式混合机内分层颗粒混合运动过程，应用离散元法对 U 型混合机内颗
tion；motion pattern
颗粒混合是指不同性质颗粒在外力作用下达到 空间分布均匀的过程，在工业生产中是一种重要的单 元操作，在食品、制药、化工、能源、农业等领域广泛应 用[1-3]。颗粒混合过程十分复杂，国内外研究学者主要 通过实验和数值模拟的方法描述颗粒混合过程[4- 。 6] 其中，离散单元法已经成为研究颗粒体系混合的重要 手段[7-9]。运用离散元法可以得到物理实验难以获得
离散元(DEM)仿真技术在料仓散料流的研究进展
离散元(DEM)仿真技术在料仓散料流的研究进展夏博实;曹强利;张盛平【摘要】散料是介于流体与固体之间的介质,不同物料表现出的性质不同,其运动机理非常复杂.利用离散元仿真技术可以对散料流颗粒运动的微观机理进行分析和了解.文章就离散元技术的发展过程及原理进行阐述.仿真模拟的准确性其根本是在于力学模型建立的准确性,介绍目前离散元法常用的几种力学模型以及利用DEM仿真技术对料仓中散料流运动机理研究的进展,包括其流动形式,速度和接触力的分布,以及散料物性参数的影响.这些研究对实际工程,例如火电行业的煤仓、灰渣仓及石灰石仓等料仓的应用有着重要的指导意义.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2015(048)011【总页数】6页(P39-44)【关键词】散料流;DEM;料仓;运动微观机理【作者】夏博实;曹强利;张盛平【作者单位】福建龙净环保股份有限公司,福建龙岩364000;福建龙净环保股份有限公司,福建龙岩364000;福建龙净环保股份有限公司,福建龙岩364000【正文语种】中文【中图分类】TM621.2散状物料是由大量离散的颗粒（块状，粒状，粉状）堆积在一起的物料，是工业中使用最广泛的物料之一［1-4］。
散状物料的运动非常复杂，因为它具备气体、液体和固体的性质，但是又不属于其中的任何一种形态。
例如，颗粒在搅动的系统中表现出和稀薄气体类似的性质，但是又不同于气体分子之间的碰撞，固体颗粒的碰撞是非弹性的并且耗散能量［5-7］；当系统中有能量加入时，散状物料会表现出类似液体的性质，颗粒之间不会一直保持接触。
但是，散料流的性质又不同于均质液体，例如，散料几乎不可能形成湍流，因为它们之间产生不确定切向力，并且当有力使他们压缩时会发生拥堵现象［8-9］。
由于散料流应用广泛，一直以来，散状物料性质都是人们研究的热点，但是，大多数研究还是基于经验上的，缺乏理论支持，即使最基本的散料流动机理也没有完全研究清楚。
近年来，随着离散元（DEM）技术的出现和计算机技术的迅速发展，散料流运动机理的研究在世界范围内迅速发展和提高。
库侧卸料筒仓的物料流动和侧压力离散元模拟
库侧卸料筒仓的物料流动和侧压力离散元模拟
王培军;朱立;王跃;朱绪林
【期刊名称】《中国粉体技术》
【年(卷),期】2016(022)005
【摘要】采用离散元方法,研究高径比对库侧卸料筒仓的物料流动方式和仓壁侧压力分布规律的影响;采用仓内储料为直径6 mm的玻璃球,离散元模拟结果与筒仓试验的卸料时间、侧压力分布、卸料速度以及流动方式等基本一致,验证了离散元模型的准确性.模拟结果表明:高径比对仓内物料的流动规律和卸料速度有较大影响,高径较小时仓内物料为管状流动,随着高径比增大,流动通道扩展到筒仓全部横断面,形成整体流动,卸料速度增大;流动通道内物料对仓壁侧压力的分布规律不受高径比影响,沿高度均呈抛物线状分布,且低于静止区域处侧压力.
【总页数】6页(P93-98)
【作者】王培军;朱立;王跃;朱绪林
【作者单位】山东大学土建与水利学院,山东济南250061;山东大学土建与水利学院,山东济南250061;山东华建仓储装备科技有限公司,山东聊城252000;山东大学土建与水利学院,山东济南250061
【正文语种】中文
【中图分类】TU312+.1
【相关文献】
1.筒仓卸料过程的离散元模拟分析 [J], 陈长冰;梁醒培
2.库侧卸料筒仓内物料流动及侧压力分布实验研究 [J], 王培军;朱立;王庆华;朱绪林
3.基于离散元模拟筒仓贮料卸料成拱过程及筒仓壁压力分布 [J], 刘克瑾;肖昭然;王世豪
4.基于离散元的中心椎体筒仓偏心卸料侧压力分析 [J], 吴宏旻
5.基于PFC^(3D)的煤仓卸料侧压力离散元模拟 [J], 甄浩淼;王学文;杨兆建
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第15卷第3期1999年9月农业工程学报T ransacti ons of the CSA E V o l .15 N o.3Sep t . 1999收稿日期:1999201206 ①徐 泳,副教授,北京市海淀区清华东路17号 中国农业大学东校区75信箱,100083用颗粒离散元法模拟料仓卸料过程徐 泳①(中国农业大学) K.D.Kafu i C.T ho rn ton(英国阿斯顿大学)摘 要:采用颗粒离散元法模拟了无粘软颗粒和粘连性硬颗粒在平底仓卸料全过程,并与已完成的无粘硬颗粒结果比较。
发现颗粒的材料模量对卸料特性影响甚小,而颗粒表面粘连性对卸料流率有显著的迟滞作用。
在大出口情况,结拱不易形成,并出现颗粒自由下落现象。
关键词:离散元法;颗粒;散体;粘连性;料仓离散元法(D istinct E lem en t M ethod 或D E M )是计算散体介质系统的力学行为的数值方法,最先由Cundall 提出[1]。
离散元法把散体看作有限个基本离散元件的组合,对颗粒系统,单个颗粒(圆盘或球)为一个单元,对块体系统,单个块体为一个单元,根据单元间力的相互作用和牛顿运动定律描述散体群行为。
颗粒离散元的基础是颗粒接触力学,T ho rn ton 等[2,4]在Cundall 等研究的基础上,引入前人[5～9]对球体弹塑性接触研究成果发展和形成了新的接触模型,并对Cundall 的三维球体程序TRUBAL 进行大幅改动形成A ston 版。
王泳嘉[10]最先把离散元法引入我国,以后散体元法(块体元为主)研究及应用的论文相继出现[11,12,15]。
料仓料斗是工程常见的散体物料设施。
离散元法问世后,L angstong 等[13,14]用D E M 对料仓料斗作过系统的研究。
Kafu i [16]等用TRUBAL 研究了球体二维(球体群中心共面)和三维料仓料斗卸料问题。
但迄今对物料物性对卸料的影响均未涉及,本文拟在文献[16]研究的基础上,研究散体物料模量和表面粘性对卸料的影响。
1 球体颗粒D E M 计算原理1.1 运动学模型由牛顿第二运动定律,在时步∃t 下,颗粒的线运动方程为F i -Βg v i =m ∃v i ∃t (1)式中 i =1,2,3分别表示x ,y ,z 坐标; F i ——不平衡力矩分量; v i ——线速度分量; m ——质量; Βg ——整体阻尼系数。
颗粒的转动方程M i -Βg Ξi =)∃Ξi ∃t (2)式中 M i ——不平衡力矩分量; Ξi ——旋转角速度分量; )——转动惯量。
求解上两式可得各速度分量。
然后确定增量线位移∃x i =v i ∃t(3)与增量角位移∃5i =Ξi ∃t(4)1.2 球体间相互作用的接触力学模型56当两球满足接触条件时球体间将有接触力及变形。
现对干颗粒根据颗粒表面是否粘连分别讨论。
1)无表面粘连情况根据H ertz 理论(见文献[5])确定,法向接触力N =4E 33R a3(5)式中 a =ΑR 3——接触面半宽; Α——称作相对趋近; R 3——相对半径,由两球半径R 1和R 2计算; E 3——相对杨氏模量,由两球的杨氏模量和泊松比算出。
在时步∃t 下两球间接触变形增量∃Α,则法向接触力增量为∃N =2E 3a ∃Α(6) 切向接触力增量根据M indlin 和D ereciew icz 理论[7](M &D )确定,其公式复杂从略。
2)表面粘连情况 根据JKR 理论[8],法向接触力由基于H ertz 理论的无粘连法向力和因粘连表面能所引起法向力组成N =N1-4ΠΧ%3a 3 N 1=4E 3a 3 3R 3(7)图1 料仓尺寸F ig .1 Geom etry and di m ensi on of the barn式中 Χ——粘连表面能; a ——接触区半径,反映两球接触的局部变形。
增量法向接触力公式∃N =2E 3a ∃Α(3N1-3N c )(3N1-N c )(8)式中 N c ——球间脱离拉力,N c =3ΠΧR 3。
切向接触力根据T ho rn ton [2]对Savkoo r 和B riggs [9]理论与M &D[7]理论相结合,考虑到法向和切向接触力大小和加载历史,与无滑接触、部分滑移—剥离和滑移相关,限于篇幅从略。
2 散体储仓软颗粒与粘附性硬颗粒的模拟文献[16]的研究重点是平底仓(图1)在不同出料口宽度下硬颗粒在卸料过程中的行为,本文作为文献[16]研究的继续,重点研究材料模量与表面粘连对颗粒运动的影响。
2.1 原始数据及模拟技巧为便于比较,料仓尺寸、球数及球径均与文献[16]相同,仓宽0.0276m ,料床高H =0.068m ,出料口宽度取60%底宽。
物性选取和球径分级见表1与表2。
为便于了解颗粒在卸料时的行为,随时记录卸出球号以计算卸出量,并选择3个中粒度颗粒作全程速度跟踪。
表1 颗粒与仓壁的物理性质T ab .1 Physical p roperties of particles and w alls软性无粘颗粒(SO FT )硬性无粘颗粒(HA RD )硬性粘颗粒(ADH E )颗粒密度Θ kg ・m -32.65×1032.65×1032.65×103颗粒粘附系数Χ0.00.00.01颗粒杨氏模量E 1 N ・m -27.0×1077.0×10107.0×1010颗粒泊松比v 10.250.250.25颗粒摩擦系数Λ10.350.350.35仓壁杨氏模量E 2 N ・m -27.0×10107.0×10107.0×1010仓壁泊松比v 20.30.30.3仓壁摩擦系数Λ20.350.350.3566农业工程学报1999年 表2 颗粒粒径大小分布T ab .2 D istributi on of the particle size分级组号12345 球直径 mm 0.93580.78020.62360.46800.3122平均0.60球 数250115014351915250总数5000表3 时步选择和循环次数T ab .3 T i m e step and num ber of iterati on 颗粒物性无粘软颗粒(SO FT )无粘硬颗粒(HA RD )粘连性硬颗粒(ADH E )实际采用时步值 s 5.2005×10-71.6446×10-78.2228×10-8实用时步 临界时步值0.10.10.05全仓卸完所用循环数7×10520×10541×1052.2 计算结果及分析2.2.1 计算时间的比较对无粘软颗粒、无粘硬颗粒和粘性硬颗粒三种情形下,采用的时步及卸料完成所需循环数的比较见表3。
根据临界时步计算公式∃t c =ΠR m in v R =Θ GΠR m in Α,硬颗粒时步约为软颗粒的3倍,又由于粘性颗粒每次循环所需时间比无粘颗粒长得多,故粘性硬颗粒实际计算机时比前二者长得多。
2.2.2 卸料过程的分层观察特定层速度断面比较图2a 、b 和c 与图3a 、b 和c 分别给出了卸料约24%时的颗粒分层断面图和3个高度颗粒层的速度断面图。
由图可知,在大出料口情况下,颗粒中上部为整体流动(m ass flow )或塞式流动(p lug flow ),仅下部中间为收敛区,靠近仓壁出现程度不同的剪切作用,粘颗粒情形的剪切最强。
速度断面图还可看出,越是接近出口,颗粒相互碰撞作用越剧烈。
图2 颗粒分层断面图F ig .2L ayered particle p rofile at 24%discharge图3 分层速度断面图F ig .3V elocity p rofiles of th ree different layer h igh ts2.2.3 卸料总量与卸料流量图4a 和b 分别给出3种情况下的卸料量曲线和卸料体积流率比较。
从卸料量曲线可以看出,HA RD 和SO FT 非常接近,在同一时刻仅差2143%,而HA RD 和ADH E 则相差21193%,若对照流率图分析,就会发现HA RD 和SO FT 非常接近,而ADH E 情形受粘附性影响出现明显的迟滞。
曲线的起伏略大主要由于模拟球数不可能无限多。
值得注意的是,SO FT 球的材料模量比HA RD 小3个数量级,而据临界时步公式,SO FT 的时步仅为HA RD 情况的1 3,但二者卸料的许多特性却非常相近,这就意味着今后模拟时可以用较软材料的球去模拟弹性模量高的球,以节约大量机时。
2.2.4 跟踪颗粒的速度变化特征分析对所选的3个位于仓中线处的颗粒的速度跟踪和记录可得到其速度变化曲线,限于篇幅仅给出SO FT 和ADH E 情形的曲线(见图5a ,b ),后者的图形与HA RD 差别较小但更平缓,76 第3期徐 泳等:用颗粒离散元法模拟料仓卸料过程图4 卸料特性F ig .4 D ischarge characteristics而SO FT 的速度变化要剧烈得多,图5c 是其放大图,从图中可以清楚地看出,颗粒的运动情况:①颗粒随相邻颗粒在不断碰撞中作为整体下落或反弹;②由于开口较大和上下颗粒脱离接触造成上面的颗粒自由下落,斜率恰好是-g 。
这种现象在HA RD 和ADH E 中并不明显,所以值得进一步研究。
图5 3个跟踪颗粒的垂直速度F ig .5 V ertical velocities fo r 3monito red particles3 结 语1)用离散元对不同物性物料卸料模拟说明,在密度相同时,物料弹性模量对卸料中接触力学、运动学行为及卸料流率影响均较小,但表面粘连性对卸料有迟滞作用。
2)当卸料口较大时,由于物料挤塞情况改善,结拱不易发生,即使是位于较上部的颗粒也会时而发生自由下落。
作者认为,颗粒在卸料中的力学行为可以描述为由重力引起的颗粒间径向挤压和切向摩擦等反复作用,形成颗粒时而接触群聚、时而分离的复杂过程,包括速度加速度的起伏变化,以及颗粒自由落体运动。
3)离散颗粒模型比连续体模型更符合实际。
本文所作料仓卸料D E M 模拟采用了新的离散元模型,算出的主要结果合理。
但因D E M 采用了理想光滑球体的假定,尽管其接触力学分析是完备的,在描述实际上非圆的颗粒势必产生误差。
而非圆颗粒的离散元模型复杂计算量大,且颗粒初始位置的随机确定也很难符合实际,并不见得比球粒更好。
4)单元、接触点的数据存储和计算量很大,能计算的颗粒数受限(现为5000～10000左右),在计算卸料口附近球的运动受力和壁压分布时可能失真。