筒仓中粮食卸料动压力的数值模型

筒仓中粮食卸料时拱不断形成并不断坍塌。以这些不稳定拱(瞬态拱)为依据,建立一个预测筒仓中粮食卸料动压力的数值模型。将粮食分成许多薄层,结拱层上方的粮食视为多层弹簧振子系统,建立该系统的振动方程,从而解出结拱层的加速度,再对结拱层运用动量定理,推导出粮食卸料时对仓壁的动压力。计算结果表明:粮食卸料时粮食对筒仓壁产生的动压力大于Janssen方程计算的储藏静压力,粮食卸料时超压因子随粮食深度的增加而增加,对于直径10 m的筒仓(ρ=800 kg/m3,φ=25.0,°μ=0.4,Q=1.0 kt/h,ν=0.4,Ev=30.0 MPa),粮食深度从2.0 m增加到24.0 m时,超压因子从约1.33增加到1.87;粮食卸料时超压因子随粮食流量的增大而增大,随粮食体积弹性模量的增大而增大,随粮食和仓壁摩擦系数的增大而增大,随粮食内摩擦角的增大而减小;储藏静压力和卸料动压力都随粮食和仓壁摩擦系数的增大而减小,都随粮食内摩擦角的增大而减小。     

基于滚动摩擦作用下玉米颗粒在模拟筒仓卸料中的力链分析（网络首发、推荐阅读）

针对颗粒滚动摩擦作用对筒仓中玉米颗粒的力链空间分布进行研究，通过EDEM离散元软件建立筒仓模型与仿真玉米颗粒模型进行卸粮仿真模拟，并与筒仓卸料实验作流态对比，验证模型与仿真结果的准确性。通过对模拟仓进行切片观察和数据处理，对比分析了不同摩擦情况下力链的细观参数随时间演化规律。模拟结果表明：颗粒间摩擦系数越大，卸粮完成的最终时间越长；颗粒间滚动摩擦系数越小，颗粒由整体流转变为管状流的时间越早。对于有漏斗的筒仓来说，减小颗粒间摩擦会改变整体流和管状流之间的极限，从而增加产生管状流的面积。标准滚动摩擦系数下玉米颗粒在卸料过程中会出现起拱-塌陷效应；减小滚动摩擦，玉米颗粒卸料较稳定，未出现起拱的应力突增、以及拱塌陷的应力衰减；增大颗粒间滚动摩擦不但会增加拱效应，且出现成拱高度距离漏斗口更高。     

散体物料物理特性对筒仓动态侧压力的影响

从筒仓贮料密度及颗粒内、外摩擦系数三方面,用离散元程序（PFC2D）研究了筒仓卸料过程贮料颗粒的流型、力场以及仓壁侧压力的变化,测得散体物理特性对卸料动态侧压力的影响比较大。     

散体物料物理特性对简仓动态侧压力的影响

从筒仓贮料密度及颗粒内、外摩擦系数三方面,用离散元程序(PFC2D)研究了筒仓卸料过程贮料颗粒的流型、力场以及仓壁侧压力的变化,测得散体物理特性对卸料动态侧压力的影响比较大.     

流槽对筒仓双侧壁卸料动态压力分布影响研究

通过模型试验和离散元模拟,研究安装流槽对筒仓动态侧压力环向分布规律的影响,分析颗粒在普通筒仓双侧壁卸料和带流槽双侧壁卸料过程中的力学行为。研究表明：(1)在筒仓0.6～1.1 m深度范围内带流槽筒仓双侧壁卸料工况下侧压力均要小于普通筒仓双侧壁卸料；(2)与大偏心单侧壁卸料模式一样,双侧壁对称卸料模式下同一水平面环向侧压力分布并不均匀,依然存在压力耳朵区域、静止区域和流动通道区域,三个区域中流槽对压力耳朵区域影响最大；(3)通过观察流态和速度场,结合试验数据阐述了流槽降低动态侧压力的工作机理：流槽的流动形式为混合流动,这种流动形式能直接破掉拱角,使瞬时拱无法形成,从而有效的降低动态侧压力。通过对两种工况动态侧压力及流态的分析,验证流槽的减压机理,为之后筒仓的设计提供参考。     

筒仓卸料过程的离散元模拟分析

用离散元程序(PFC2D)研究了筒仓卸料过程贮料颗粒的流型、速度场、力场以及仓壁侧压力的变化,并与实验结果进行比较.离散元模拟测得筒仓静、动侧压力与实验值基本吻合,且取得了理论方法和常规实验所不能取得的信息.     

基于离散元法的散体物料料仓边壁载荷分布规律研究

针对大型掺混料仓结构设计基础数据匮乏的问题,文章基于离散元方法对大型料仓内散体物料的落料和存积过程进行模拟,在物料性质标定的基础上获得合理的离散元参数,提取不同时刻作用在仓体内壁各处的平均压力.研究发现,通过离散元数值模拟获得的料仓内壁压力分布规律符合粮仓效应,且可以精准获得料仓内壁不同位置在不同料位时刻的载荷分布数值,为料仓结构设计和优化分析奠定基础.     

地下粮食筒仓中高水分玉米粮堆谷冷通风后的温湿度研究

目的 研究地下粮食筒仓中,高水分玉米粮堆在谷冷通风后温湿度变化。方法 采用TOPRIE-TP700 多路数据记录仪和 TOPRIE-TP2305 温湿度传感器对谷冷通风后,试验仓内高水分玉米粮堆的温湿度进行监测;同时利用数值模拟软件COMSOL,对相同尺寸的模型仓进行了同工况下数值模拟分析。结果 试验仓内上层粮堆易受到外部环境变化的影响,谷冷通风后的静态储藏期间,第四层粮温由初始的6.8 ℃降至3.5 ℃,下降3.3 ℃;第三层粮堆先由初始6.5 ℃升至8.1 ℃后,又下降至6.2 ℃;第一层和第二层粮温表现出一致的变化性,由初始的3.6 ℃和4.8 ℃最终升至8.7 ℃和9.6 ℃,温升分别为5.1 ℃和4.8 ℃;第一层和第二层相对湿度由初始88.5%和88.3%经小幅上升至89.8%和89.3%之后,最终相对湿度稳定在89.6%附近;第三层和第四层相对湿度从初始90.5%和91.7%上升至93.9%和95%后,最终降低至93.7%和92.7%。靠近仓壁处粮堆温度增幅较大,最大增幅为11 ℃;第四层近壁处出现结露现象。结论 高水分粮在短时间谷冷通风后,依然具有较大的结露风险。     

钢筋混凝土浅圆仓中大豆粮堆温度场的研究

为研究大豆在机械通风过程中的温度变化,以华北地区内径为30 m、装粮高度为20 m的钢筋混凝土浅圆仓为研究对象,基于多孔介质传热传质理论,利用数值模拟软件COMSOL建立大豆储藏过程中粮堆内部温度变化的数值模型,利用此模型对机械通风过程浅圆仓大豆粮堆温度场进行了分析,并预测了不同初始粮温和装粮高度条件下仓内粮堆温度变化过程。结果表明：随着与风道距离的增加,粮层温度变化幅度由剧烈逐渐变得缓慢;粮堆热阻的存在导致热量在整个粮堆的传递过程表现出一定的迟滞性,从而使整个粮堆温度分布不均;初始粮温分别为12、14、16、18、20℃时,机械通风86 h后仓内粮温分别降至4.9、6.2、7.3、8.4℃和9.6℃,分别下降了59%、56%、54%、53%和52%,在相同边界条件下,初始温度较低的粮堆,粮温降幅较大;机械通风过程,不同装粮高度(18、19 m和20 m)的粮堆温度变化差异呈现先增大后减小的趋势,在机械通风19 h和110 h后,装粮高度相差1 m时,粮堆之间温差分别为0.1℃和0.6℃,在机械通风结束后,仓内粮堆温度分别为0.3、0.5℃和0.9℃,此时装粮高度相差1 m时,粮堆之间...     

基于Fluent的小麦辊式制粉流场模拟及试验验证

为了研究小麦辊式制粉过程中芯磨辊间研磨区的流场特性和压力分布规律,探讨各操作参数对小麦粉质量的影响规律,以试验磨粉机的光辊研磨机构为研究对象,应用计算流体力学软件Fluent对喂料量分别为40、50、60 g/min、轧距分别为0.10、0.15、0.20 mm以及快辊转速分别为16、26、36 rad/s等不同操作参数下的粉磨流场进行了数值模拟,并通过磨粉试验对模拟结果进行了验证。结果显示:随着喂料量、快辊转速的增大,以及轧距的减小,快辊与物料接触面最大动压力及粉料颗粒流沿着定直线段的动压力增加,试验结果显示小麦粉中灰分减小;在制粉有效压缩区内,喂料量为60 g/min、快辊转速为36 rad/s、轧距为0.10 mm时,辊面压力沿磨辊轴向最为均匀,且定直线压力曲线斜率最大,试验结果表明,该工况下小麦粉中灰分含量最小,具有较好的制粉效果。     

基于改进颗粒模型的筒仓卸粮宏细观力学响应模拟研究

离散元模拟常作为研究筒仓卸粮的方法, 但由于在模拟中所用颗粒模型多为单一ball单元模型,使得模拟卸粮的颗粒内摩擦远小于真实试验情况,从而导致模拟结果与试验结果误差较大。针对此问题,我们在已有离散元程序基础上,添加了黏度系数较大的微型颗粒来模拟粉尘,建立了一种改进颗粒模型。基于合理的物理试验,从卸粮过程的宏细观力学响应角度深入探究了改进颗粒模型相对于传统ball单元模型的优势,结果表明：（1）改进颗粒模型的仓壁侧压力曲线震荡幅度更大,与试验情况更吻合;（2）改进颗粒模型的模拟数据曲线与物理试验数据曲线更接近,仓壁动态侧压力曲线标准差相比传统ball单元减小了77.3%;（3）剪切力与位移曲线的标准差相比传统ball单元的标准差减小了12.5%,拟合效果更好。     

Multi-scale experimental study on filling and discharge of squat silos with aboveground conveying channels

Filling and discharge tests of reduced-scale and full-scale squat silos with aboveground conveying channels are carried out to investigate the pressure distribution and the overpressure evolution on the wall and the channel. The filling tests imply that the pressure distribution on the wall bottom is significantly influenced by the channel. Rankine’s active earth pressure equation gives accurate prediction of the lateral pressure on the wall, which is overestimated by the Jaky’s equation. The filling pressure on the channel wall is related to the stored material heights caused by the repose cone. The arch effect of the channel and the equilibrium effect of the wall friction in the squat silos should not be overrated. The shallow buried theory gives more reasonable prediction of filling pressure on the wall and the channel in the squat silos. The discharge tests show the overpressure coefficient does not increase with the increase of the discharge eccentricity. Meanwhile, the aspect ratio has a great influence on the overpressure coefficient. An overpressure on the top wall and the side wall of the channel is observed in multi-scale discharge tests. It is suggested that the overpressure coefficient of the channel should be considered when calculating the discharge load.     

管道修复用管状纺织复合材料的力学性能

管状纺织复合材料用于修复管道的内衬管,受到管道内输送介质的压力作用,其承压性能直接影响修复效果。为此基于对管状纺织复合材料特殊力学性能的要求及其自身结构特点,通过对其拉伸性能进行测试,建立了计算管状纺织复合材料拉伸断裂强力/宽度与破裂压强间关系的数学模型。通过实验证实,该数学模型精度较高;当待修复管道管径发生变化或腐蚀孔尺寸发生变化时,可计算管状纺织复合材料的耐压性能,对管状纺织复合材料的应用具有实际指导意义。     

新型半地下双层浅圆仓静态储粮的力学性能

作为一种新型储粮仓，半地下双层浅圆仓可以保证粮食品质，具有节地、节能、低碳的优势。本文采用数值模拟的方法分析了半地下双层浅圆仓在正常使用阶段时不同工况条件下的应力与位移，并分别对上下两层在不同静态储粮高度下的力学性能进行了研究。结果表明：全仓空仓为最不利工况，根据位移云图分析应优先在地下仓装粮；地上层仓壁受力随着储粮高度的增加而增加，在仓壁距中间层1/4处至中间层处显著增大；地下层仓壁受力随着储粮高度的增加而减小，在仓壁与仓底接触处达到最大值；中间层在中心筒和外侧处应力最大，仓底在距外侧1/3处应力最大。该研究可为半地下双层浅圆仓工程设计与安全储粮提供理论支持与技术指导。     

圆形筒仓仓壁小变形条件下的变形及应力分析

对用以贮存散体物料的圆形筒仓的仓壁变形和应力分布进行了分析。假定贮料对仓壁的压力和摩擦力按照Janssen公式分布。在小变形条件下根据有矩理论给出了筒仓仓壁径向位移和应力的分布解答。     

气固分离称重料仓的设计与模拟分析

针对当前通用型称重料仓工艺烦琐和设备复杂的问题,以大豆为例,运用模块化集成设计理念,采用理论分析与仿真模拟相结合的方法,设计开发了一套集卸料器与料仓于一体的气固分离称重料仓。采用Solidworks三维建模软件将设备各部分构件建模,运用计算流体力学及离散项模型对气固分离称重料仓的关键结构进行分析。结果表明,设计的气固分离称重料仓在完成称重卸料的同时可分离轻杂,简化了称重卸料过程,新增的蝶阀模块可根据料仓内的物料量动态调整进出仓过程。综上,设计的气固分离称重料仓可用于气力输送大豆的称重卸料。     

管状纺织复合材料力学性能的有限元分析

在翻衬过程中,由于管状纺织复合材料的管径小于原管道的内径,或原管道存在变形,要求管状纺织复合材料受压后在环向有一定的应变,从而使其紧贴在管壁上。通过有限元方法对管状纺织复合材料翻衬时的应力与应变情况进行了分析,用计算机模拟的应力应变值来评判管状纺织复合材料在一定翻衬压力下是否达到了工程要求的应变,当管状纺织复合材料几何参数和材料参数一定时,通过有限元分析修复管道管径的范围。采用定负荷拉伸试验对有限元分析的结果进行了验证,其试验值与有限元模拟值基本吻合。     

不同储藏条件下筒仓中大豆堆高安全域研究

建立筒仓中大豆分层压缩平衡微分方程,实验测定微分方程中的参数,数值求解压缩平衡微分方程得到筒仓内大豆堆应力分布值;建立筒仓中大豆籽粒堆放模型,求解大豆籽粒堆放模型得出筒仓内大豆堆应力与籽粒压力的关系;实验测定大豆籽粒压缩力与塑性应变关系;设定大豆籽粒产生0.4 %的塑性应变为籽粒损伤阈值,结合筒仓内不同深度大豆堆应力、籽粒压力与塑性应变,给出大豆的堆高安全域。计算与实验结果表明：含水率为8.58%～15.01% w.b.并且储藏时间为60 d～240 d的大豆,在半径为10 m的筒仓内安全堆高的范围是47.6 m～20.6 m;在半径为15 m的筒仓内安全堆高的范围是40.2 m～19.3 m;在半径为20 m的筒仓内安全堆高的范围是37.4 m～18.8 m;筒仓内大豆堆的安全堆高随着含水率的增大而减小,随着筒仓直径的增大而减小,随着储藏期的增大而减小。