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     

阻尼对水平滚筒内二元颗粒体系径向分离模式形成的影响

采用离散单元数学模型对一充装量为50%的水平薄滚筒内S形二元颗粒体系的分离模式进行了数值模拟试验,研究了不同碰撞阻尼参数下的分离过程,分析了阻尼对分离过程及分离模式的影响.模拟结果表明阻尼对滚筒内颗粒的分离过程及分离模式影响很大,在S形二元颗粒体系水平薄滚筒内,阻尼可控制渗透和离析的协同作用以及自由表面层的流动形式,最终影响分离模式的形成;当阻尼太大时分离模式只能形成月亮模式,阻尼太小时可形成不明显的花瓣模式,只有当阻尼在适当的范围内,自由表面流动层形成雪崩流型式时,分离模式才会呈现规则的花瓣模式,试验结 关键词： 滚筒 模式形成 径向分离 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     

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     

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     

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。     

颗粒堆内微观力学结构的离散元模拟研究

将离散单元法应用到三维堆积过程的模拟计算,探讨了滑动摩擦及滚动摩擦对堆积形成的影响,得到了颗粒堆内部的应力分布规律,发现颗粒堆的形态是由滑动摩擦和滚动摩擦共同决定的,在堆内颗粒间的作用力基本呈树状结构.在模拟得到的颗粒堆中出现了应力分布奇异现象,在堆积角较大的情况下,颗粒堆与地面间作用力的最大值常发生在距堆底中心不远的环状区域,而并非发生在堆底的中心;在堆积角相对较小时颗粒堆与地面间作用力的最大值较容易发生在堆底的中心.对于一个颗粒堆,具体会发生哪种受力情况具有一定的偶然性. 关键词： 堆积 离散单元法 计算颗粒力学     

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     

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.     

典型流化床内非球形颗粒流动行为模拟研究

气固流化床在能源、化工、制药、冶金等众多工业领域有着广泛的应用。本文通过耦合计算流体力学和离散单元模型的模拟来评估典型流化床中非球形颗粒的流动行为。结果表明，典型流化床内球形颗粒的旋转颗粒温度分布接近各向同性，非球形颗粒的旋转颗粒温度分布呈现明显的各向异性。随着颗粒长径比的增加，颗粒的平动颗粒温度和旋转颗粒温度增大，意味着颗粒平动和旋转速度的脉动加剧。     

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.     

Analysis of radial segregation of granular mixtures in a rotating drum

This paper considers the segregation of a granular mixture in a rotating drum. Extending a recent kinematic model for grain transport on sandpile surfaces to the case of rotating drums, an analysis is presented for radial segregation in the rolling regime, where a thin layer is avalanching down while the rest of the material follows rigid body rotation. We argue that segregation is driven not just by differences in the angle of repose of the species, as has been assumed in earlier investigations, but also by differences in the size and surface properties of the grains. The cases of grains differing only in size (slightly or widely) and only in surface properties are considered, and the predictions are in qualitative agreement with observations. The model yields results inconsistent with the assumptions for more general cases, and we speculate on how this may be corrected. Received 4 June 1999 and Received in final form 28 September 1999     

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.     

带有点缺陷的二维颗粒系统离散元模拟

首先用离散元方法研究了颗粒系统在各向同性挤压和纯剪切状态下粒子间力的分布情况,并与相同条件下的实验结果进行对比. 然后模拟了带有不同数目点缺陷的二维颗粒系统在各向同性挤压和纯剪切时粒子间力的分布情况,并与无缺陷的情况做了比较,发现了点缺陷对颗粒系统的影响规律. 关键词： 颗粒系统 离散元 点缺陷 力概率分布     

重力作用下颗粒介质应力链的离散元模拟

用离散元的方法模拟了仅有重力作用的二维颗粒系统内部力的分布情况,并根据力的大小得到颗粒之间的应力链.模拟结果与颗粒介质研究中的两个著名模型q模型和α模型作了对比,并与光弹实验的结果作了比较.对比结果表明,模拟结果与实验相似,而与两个概率模型有一定的差异.另外计算结果还表明,颗粒介质中力大小的概率分布极为不均匀,较大的力概率呈指数衰减,应力链的分布具有分形特征. 关键词： 颗粒介质 离散元 应力链 光弹实验