水平滚筒内二元颗粒体系径向分离模式的数值模拟研究

发展了考虑法向接触力、切向接触力和力矩、以及滚动摩擦力矩的三维三方程线性弹性-阻尼离散单元模型及计算程序,对薄滚筒内二元S型颗粒体系进行了数值模拟,发现采用本文的数学模型可以准确地预测出滚筒内二元S型颗粒流的分层现象.分析了影响滚筒内颗粒分层的因素,讨论了滚筒转速、颗粒装载率等参数对分层的影响,当转速较高时,滚筒内形成大颗粒在外、小颗粒在内、具有圆形界面的月亮模式,当转速较低时形成具有波浪形界面的花瓣模式,并且随着滚筒转速的逐渐降低,花瓣的数量逐渐增加,数值模拟结果与实验完全符合.模拟还得到了花瓣模式的形 关键词： 分层 滚筒 模式形成 离散单元方法     

水平滚筒内二元颗粒体系径向分离模式的数值模拟研究

发展了考虑法向接触力、切向接触力和力矩、以及滚动摩擦力矩的三维三方程线性弹性-阻尼离散单元模型及计算程序，对薄滚筒内二元S型颗粒体系进行了数值模拟，发现采用本文的数学模型可以准确地预测出滚筒内二元S型颗粒流的分层现象.分析了影响滚筒内颗粒分层的因素，讨论了滚筒转速、颗粒装载率等参数对分层的影响，当转速较高时，滚筒内形成大颗粒在外、小颗粒在内、具有圆形界面的月亮模式，当转速较低时形成具有波浪形界面的花瓣模式，并且随着滚筒转速的逐渐降低，花瓣的数量逐渐增加，数值模拟结果与实验完全符合.模拟还得到了花瓣模式的形     

滚筒内非等粒径二元颗粒体系增混机理研究

提出了在圆形滚筒内设置十字形内构件的增混方式,并采用离散单元方法对设置不同大小内构件的滚筒内非等粒径二元颗粒体系的混合进行了数值模拟试验.通过模拟结果重点分析了内构件对混合的影响,讨论了内构件的尺寸对混合效果的作用,分析和探讨了滚筒内构件对二元颗粒体系的增混机理.研究发现,当滚筒内无内构件时,对流、扩散和离析三种作用机制对颗粒体系的混合和分离都起到了重要作用;当滚筒内含内构件时,颗粒的混合则只受到颗粒对流和扩散机制的作用,而颗粒的离析效应得到了很大程度的抑制.十字形内构件很大程度上会破坏滚筒内的自由表面流,从而使发生在自由表面流中的颗粒分离不能发生,最终可有效地增加颗粒之间的混合.对于采用在滚筒内设置十字形内构件的方式来增加颗粒间的混合,存在一个最优的内构件尺寸,内构件过小或过大都不利于颗粒间的混合. 关键词： 分离 混合 离散单元法     

薄滚筒内二元湿颗粒体系混合行为的离散单元模拟研究

采用所建立的四方程线性弹性-阻尼离散单元模型,同时考虑了液桥力的作用,对填充量为40%、含液量为3%的水平薄滚筒内S型(不同直径颗粒)二元湿颗粒体系混合过程进行了数值模拟,并与同等操作条件下不含液的干颗粒体系的混合行为进行了比较,分析了液体对颗粒体系混合行为的影响. 同时还将计算结果与文献中的实验结果进行了比较. 结果表明,由于湿颗粒间液桥力的牵引作用使不同性质的颗粒不易分离,使部分颗粒聚结成团,减弱了离析作用的影响,使得滚筒内湿颗粒的混合程度高于相同条件下的干颗粒体系,且接触力的分布较干颗粒体系更加均匀. 通过对混合过程的模拟,直观地反映了混合过程中颗粒的微观运动特性和内部的力学结构,为研究湿颗粒体系混合过程机理提供了依据和参考. 关键词： 湿颗粒体系 混合 分离 离散单元法     

巴西果效应分离过程的计算颗粒力学模拟研究

采用离散单元模型对巴西果问题进行了模拟研究,采用本数学模型可以准确地预测出垂直机械振动导致的不同大小颗粒的分离现象.分析了影响振动床内颗粒分层的因素,讨论了振动频率、振动幅度等参数对分层的影响,发现振动频率和振动幅度会对分离效果造成较大的影响.当振动频率或振动幅度较小时,颗粒整体分离效果都较差,但分离的稳定性较好,当振动频率或振动幅度较大时,整体分离效果仍然较差,同时分离的稳定性也较差,振动分离过程中存在一个频率和振幅适中的最优操作点. 关键词： 分层 振动 模式形成 离散单元方法     

滚筒内二组元颗粒混合与分离的数值模拟

滚筒是工业过程中处理固体颗粒的一种常用设备,本文采用离散元(Discrete Element Method,DEM)方法软球模型对滚筒内两种粒径颗粒运动进行模拟。针对不同转速下颗粒分布,提出了表观混合指数和动态混合指数来衡量两种颗粒的混合程度。利用混合指数,对于颗粒混合随时间的变化进行了研究。结果显示了不同转速下迥异的分布特性。同时,对于不同转速下二元颗粒的混合与分离,分析探究了其内部机理。最后,从能量角度探究了不同转速下滚筒内颗粒运动。     

颗粒密度对旋转筒内二元颗粒体系分离的影响

用分子动力学的方法研究了颗粒密度对旋转筒内二元颗粒体系混合与分离的影响. 当增大粒度较小的颗粒密度时, 颗粒体系表现为巴西果效应, 而增加粒度较大的颗粒密度时, 分离状态则会发生反转, 表现为反巴西果效应. 进一步的研究发现二元颗粒体系的分离指数与颗粒的密度比之间存在定量的关系, 并利用Hong的渗流与凝聚竞争机理理论对密度分离状态的反转现象给予了理论解释.     

旋转筒内黑索今和铝颗粒混合与分离的计算机模拟

采用分子动力学方法对旋转圆筒内黑索今和铝二元颗粒体系进行模拟.模拟结果表明,混合均匀度与填料方式无关.当圆筒壁无挡板时,圆筒的旋转可以使黑索今和铝颗粒发生相分离现象,当有挡板时,可以增加混合效应.另外,对上述混合与分离现象给予了一定的理论解释.     

不同振动模式下颗粒分离行为的数值模拟

利用三维离散元法对垂直方向上的直线、圆和椭圆振动模式颗粒分离过程进行了数值模拟研究,对直线振动时上层大颗粒的波动及圆和椭圆振动时出现的聚集、循环等现象的形成机理进行了分析,并讨论了振动强度对各振动模式下颗粒分离形态的影响规律. 研究表明,综合运用空隙填充、侧面驱动的颗粒运动和能量非均匀分布三种机理,并结合颗粒群的速度矢量分布情况能够较好地解释各振动模式下的颗粒分离行为. 振动强度对圆和椭圆振动模式的分离形态具有显著的影响,并在振动强度约为3时,各种振动模式均具有良好的颗粒分离效果和稳定的颗粒运动状态. 关键词： 振动模式 颗粒分离 离散元法 数值模拟     

S形通道中金属熔体与固体颗粒流动混合的数值模拟研究

金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于材料的制造技术,因此研究和发展有效的制造技术一直是金属基复合材料研究中的最重要的问题之一。本文提出了一种基于S形流道的固体颗粒-金属流体混合方法,并采用欧拉-离散相模型分析计算了该流道内的颗粒-流体混合过程。研究结果表明,S形流道内流体具有周期性变化的流动方向及流速,同时在横截面内存在旋转方向周期性改变的涡流,能够强化颗粒在金属流体中的分散过程。分析了颗粒在S形通道内的均匀度,在第三级出口处的颗粒均匀度达到0.915,表明该方法能够较好的实现固体颗粒在金属液内的均匀分散,进而实现颗粒增强金属基复合材料的制备。     

Size segregation and convection of granular mixtures almost completely packed in a thin rotating Box

We simulate size segregation in granular mixtures which are almost completely packed in a rotating drum. Instead of a 3D drum, we simulate a 2D thin rotating box which is almost completely packed with granular mixtures. The phase inversion of a radially segregated pattern which was found in a 3D experiment is qualitatively reproduced with this simulation. A global convection appears after a radial segregation pattern is formed, and this convection induces an axially segregated pattern.     

Discrete particle simulation of radial segregation in horizontally rotating drum: Effects of drum-length and non-rotating end-plates

The radial segregation phenomena of a mixture of two different size grains in a horizontal rotating drum are studied by DEM simulations. The grano-dynamics of radial segregation phenomena is examined as a function of the axial length and the friction between grains and not-rotating end-plates of the drum. The results indicate that, in the longer drums, the radial segregation ratio is higher and the friction on the end-plates shows little effect. Whereas in the shorter drums, the radial segregation is very slow or negligible; however, decreasing the friction on non-rotating end-plates increases the segregation ratio. If we increase the friction further (greater than the frictions between the grain-grain and the grains and the inner wall), the segregation ratio drops in the longer drums while in the shorter drums mixing is seen instead. The cause of these phenomena lies in the mechanism of diffusion in granular flows due to shearing strain by the end-plates. For more roughened end-plates, this shearing activity increases the granular temperature of the system and only the mixing can be observed instead of the segregation.     

Radial segregation patterns in rotating granular mixtures: waviness selection

We model the radial segregation patterns that form in a thin rotating drum partially filled with beads of two sizes. We predict that the waviness (or amplitude-to-wavelength ratio, denoted w) of a pattern should be subjected to low-pass filtering with a cutoff waviness w(c) that depends strongly on the fill level of the drum. Then we perform experiments and find that w相似文献   

Coarsening of self-organized clusters in binary mixtures of particles

Experiments on patterned particle segregation in binary granular mixtures which are subjected to horizontal shaking have been performed. A novel mechanism for separation is found, where random forcing of one species by the other causes clustering. A pattern is formed which contains a series of stripes aligned orthogonal to the direction of the periodic forcing. The pattern coarsens with time and shows a power law behavior which is consistent with simple models of the geological process of "stone striping."