复杂形状颗粒DEM模拟及其对宏观力学响应影响研究

借助有限元网格划分技术,提出了一种复杂形状颗粒的DEM模拟方法,实现了包括凹多边形在内的复杂形状颗粒的模拟,通过参数控制使得生成的颗粒形状更加真实.生成6组不同形状的颗粒集合体,采用双轴压缩试验研究了颗粒形状对力学响应的影响,并解释了细观影响机理.计算结果表明,在最密实状态下,颗粒间的孔隙填充效率与颗粒边数有关,颗粒边数越少,孔隙率越小;不同形状颗粒集合体在双轴压缩过程中,加载初期的变形模量相近,偏应力和体积变形规律相似,峰值摩擦角与形状系数呈线性关系;颗粒边数越少,加载过程中颗粒转动越剧烈.规则颗粒边数为5~10时,颗粒集合体的峰值强度和体积变形差异较小,这主要是受颗粒旋转的影响:颗粒绕形心转动时,颗粒边数越少,局部剪胀越明显,所需外界功越大;当颗粒绕接触点旋转时,偶数边颗粒所需外界功和导致的体积剪胀比奇数边颗粒试样大.随着颗粒集合体凹凸度的增大,颗粒间的排列更加密实,咬合作用更强,但颗粒形状随机多样性与颗粒间的咬合作用并无单调关系,当λ=0.2时,颗粒集合体的峰值强度和体积应变最大.     

基于FLUENT 液压储油单元中颗粒沉降数值分析

基于FLUENT 软件提供的多相流混合(Mixture)模型,分析储油单元中液固耦合两相流流动的状态,采用理论计算与数值模拟相结合的方法,建立了在液压油回流进储油单元过程中液固耦合两相流动和颗粒沉降的数值模型,讨论了回油管道浸入储油单元中的深度对颗粒沉降的影响。结果表明：当液压油流量一定以及回油管道深度为整个储油单元体积的3/4 时,在储油单元中靠近挡板右侧偏底部的位置,颗粒的体积分数值更大,分布范围更广,沉降效果更明显;对于整个液压系统而言,能更有效地减少固体颗粒对其产生的影响。     

无挡板搅拌槽内的自由表面湍流流场研究

基于VOF多相流模型,建立了自由液面搅拌流场的数值模型和模拟方法。以偏心和无挡板中心搅拌槽为例,分别使用标准k-ε模型和分离涡模型研究了搅拌槽内流体的时均速度分布,发现数值模拟结果与实验结果吻合较好,仅略低于实验值。整体而言,使用分离涡模型时模拟结果与实验值之间的误差不超过12%,而k-ε模型的模拟精度则较差。研究结果表明,分离涡模型和VOF模型相结合,能很好地模拟搅拌槽内流体的自由液面流动特性。     

螺旋分选机流场及颗粒运动的数值模拟研究

采用CFD-DEM单向耦合的数值模拟方法研究了螺旋分选机的流场和颗粒的运动特性,实验和模拟分析了1～1.5 mm粒级煤粒的分选过程.结果表明:水流在首圈回转过程中,水膜外缘不断增厚,内缘不断变薄.颗粒随水流进行回转运动,低密度颗粒悬浮在流膜上层,中高密度颗粒呈滚动或跳跃状态.密度、粒度和入料流量对颗粒的回转半径影响显著,当回转角度小于120°时,不同尺度颗粒的运动轨迹基本一致;回转角度大于120°后,密度和粒度越大的颗粒回转半径越小.入料量为3.0 m~3/h时,低密度颗粒和高密度颗粒回转半径差减小至14.07 mm.入料流量对螺旋分选机的分选密度影响明显,对不完善度影响较小.     

回转干馏炉油页岩颗粒停留时间分布

搭建回转干馏炉冷态实验装置,通过实验研究了回转干馏炉5种转速n =17,13.3,10,6.8,3.4 r·min-1及3种倾角α=216°,3.24°,4.33°,在不同出料口直径/干馏炉内径Dc/D=0.4,0.56时,对油页岩颗粒停留时间分布的影响.结果表明:油页岩颗粒在回转式干馏炉内的停留时间随转速、倾角及Dc...     

同轴射流突片激励混合的数值研究

通过数值方法对同轴射流的突片激励混合特性进行研究,分析了突片数目、突片顶角和安装角对同轴射流混合过程的流向涡和温度分布的影响. 研究结果表明,突片的激励作用使得同轴射流之间的混合流在突片对应位置下游形成阵列涡对,导致温度分布等值线发生“指型”局部变形,增强了两股气流之间的混合. 随着突片数目的增加,单个突片诱导的流向涡强度和影响范围存在较大的差异,过多的突片数导致相邻涡对的“挤压”,流向涡的强度有很大的减弱; 在相同的堵塞比下,突片顶角为90°时或安装角为30°时,单个突片诱导的流向涡强度和作用范围均体现最为显著,从而有利于改善同轴射流的混合程度.     

喷动流化床中杆状颗粒混合特性的CFD-DEM模拟

采用计算流体力学-离散单元法（CFD-DEM）模型对杆状颗粒在喷动流化床中的流动及混合行为进行数值模拟研究,其中杆状颗粒采用超椭球模型进行描述. 通过模拟结果,考察流化气速、喷动气速和颗粒形状对流动与混合的影响. 结果表明,杆状颗粒在喷动流化床中的流动具有典型喷动床的喷动特性;提高喷动气速与流化气速均有助于颗粒混合,且流化气速对流动与混合的影响大于喷动气速. 颗粒形状主要通过颗粒互锁与颗粒长轴取向一致性这2个因素影响颗粒混合,提出较简单的方法用以量化颗粒长轴取向的一致性. 在上述2个因素的作用下,当杆状颗粒长径比较小时,增加长径比会抑制颗粒混合;当长径比较大时,增加长径比会促进颗粒混合.     

变转速回转筒内二元颗粒混合特性数值分析

采用离散单元法,在前期实验基础上研究圆形和椭圆滚筒转速的连续变化对相同颗粒数量二元颗粒体系混合的影响.从颗粒群运动速度分区图、宏观颗粒运动矢量图的角度分析颗粒在不同转速下的运动混合规律,运用Lacey指数定量评价二元颗粒的混合度.结果表明:在颗粒数一定的情况下,滚筒筒形对二元颗粒的混合具有一定的影响,但转速的影响占主导;最佳混合工况时颗粒在滚筒内处于抛落的运动模式;一定速度范围内筒体转速的变化可增强混合.研究可为颗粒物料增混设备的改进及操作控制提供依据和参考.     

颗粒群在平面湍射流中输运弥散的大涡模拟

该文针对不同质量流率颗粒群在平面湍射流场中的运动进行了大涡模拟,对颗粒相采用拉格朗日观点的轨道方法进行跟踪.结果显示当流率较小时,颗粒相在漩涡外围聚集较多,流率逐渐增加时,会有颗粒从流动区域逃逸到原先静止的流体区域,以至于在整个射流区域,都相对均匀的分布着颗粒.质量流率对颗粒相在y方向上的平均浓度分布影响相对较小,在流...     

钢浴形状对转炉不锈钢脱碳精炼的影响

日本川崎钢铁公司千叶厂第 4炼钢厂 ,用熔态还原炉进行了铬矿石的熔态还原之后 ,又用顶底复吹转炉 (脱碳炉 )进行粗脱碳 ,然后再用ＶＯＤ炉进行脱碳和最终成分调整。这次 ,为了降低脱碳炉的精炼费用 ,该厂就钢浴形状对脱碳时的铬损失的影响进行了调查 ,具体方法是改变脱碳炉的砌砖形状 ,试验结果表明 ,铬的氧化损失量随着渣—金属界面积的增加而减少 ,试验形状的新炉子与现有形状的新炉子相比 ,铬的氧化损失量可减少 2 0 %。也就是说 ,在顶底复吹转炉上进行不锈钢脱碳精炼 ,浅熔池形状的钢浴可使铬的氧化损失量减少 2 0 % ,有利于降低钢的成本。摘录自《世界金属导报》2 0 0 0 - 0 9- 2 6( 2钢浴形状对转炉不锈钢脱碳精炼的影响     

Investigation of solids segregation of binary mixtures in a rotating drum at various Froude numbers

To investigate the effect of the Froude number(Fr)on solid segregation in a rotating drum,a two dimensional mathematical modelling on solids behaviour in horizontally oriented rotating drums operated in rolling,cascading and cataracting modes has been carried out by using Euler-Euler multi-fluid model in Fluent6.2 environment.Small particles and big particles are used in the work as binary mixtures to investigate segregation characteristics.The effect of Froude number(rotating velocity)on the flow field is investigated.It is found that the model captures the main features of solids motion and segregation in the drum and numerical results agree well with limited experimental data for solid velocity.     

基于P_n近似方法的消防水幕辐射传输模拟分析

水幕系统对火焰辐射衰减问题包含了气体、水滴粒子、不完全燃烧产生的炭黑粒子等吸收、散射以及液滴蒸发吸热等过程。针对此问题,本文首先采用Mie散射理论与有效介质理论相结合,建立了水滴粒子以及炭黑掺杂混合液滴的吸收散射特性参数计算模型;在此基础上,考虑燃气辐射吸收作用,采用球谐函数法构造了多层半透明水幕介质的辐射传输计算模型。利用该模型分析了载液量、液滴粒径、水滴蒸发、粒子混合等因素对辐射衰减能力的影响。     

应用离散单元法研究散体微观结构

针对散体材料复杂的微观作用机制,采用离散单元法,研究了重力场内由两种粒径球体组成的微观混合结构,分析了各种类型配位数的大小及分布。结果表明,单一接触类型的配位数及分量配位数分布与体积组成有关。具体表现为:随着小粒径粒子体积百分比的增加,小粒子间、大粒子与小粒子间的配位数增大,而小粒子与大粒子间、大粒子间的配位数则减小;小、大粒径分量平均配位数均增大,且大粒径分量配位数增长更快。然而,两种粒径散粒体重力堆积下的全平均配位数与空隙率及体积组成无关,基本保持为定值。     

提高Hamming模糊贴近度分辨率的研究

从Hamming贴近度定义出发 ,分析出当故障模式特征较多时 ,贴近度计算公式中反映差异部分被衰减得很厉害 ,从而导致差异减小 ,分辨率降低 ;进而提出并证明了一种新的贴近度计算方法 ,通过适当确定计算参数 ,改善了对差异部分的衰减 ,有效地提高了工程使用中的分辨率 ,并用具体实例进行了验证 .     

不同粒径分布条件下桦甸油页岩颗粒特性实验研究

油页岩颗粒的物性参数很大程度的影响了油页岩在回转式油页岩固体热载体干馏反应器内的干馏效果。本文以桦甸大城子四层油页岩为研究对象,分析了不同粒径分布对油页岩的滑动角、安息角、堆积密度、Wadell球形度、含油率等物性参数的影响情况。结果表明,较小粒径的颗粒滑动角小、安息角大,易于流动,但过细则会加大摩擦力使流动性变差;破碎后颗粒的Wadell球形度较好,平均值在0.775左右;较大粒径颗粒在铝甄干馏中测定时因弥散传热和边壁效应的影响,测得的含油率较高。实验数据将为研究油页岩固体热载体干馏运行特性及提高干馏反应器干馏效率提供基础数据。     

Deformation characterization of conductive particles in anisotropically conductive adhesive simulated by FEM

The deformation behavior and the contact area of conductive particles in anisotropically conductive adhesives (ACA) were investigated by finite element method (FEM). The solid conductive particles are made of pure Ni and Cu. The results indicate that the deformation of the conductive particles is inhomogeneous during fabrication. When the reduction in height is small the deformation concentrates in the area near the contact area. As the reduction in height increases, the strain in the area near the contact area increases, and the metal flows toward the circumference, resulting in the increase of the contact area between the conductive particles and pad. The higher the degree of deformation, the larger the contact area. The regression equations were offered to express the relations between the bounding force and the contact area or the reduction in height. An approach of how to obtain the maximum contact area in ACA was discussed.     

超临界CO2 处理对乳状液稳定性的影响机理研究

超临界CO₂(scCO₂)混相驱在提高原油采收率的同时,也显著改变采出原油乳液的性质。利用自主研发的CO₂-原油混相装置在模拟地层条件下对长庆原油进行混相处理,分别使用流变仪、电导率仪和显微镜研究了混相处理前后长庆原油及其W/O 乳液的流变性、稳定性和微观形貌。实验结果表明,scCO₂ 处理改变了长庆原油的组成,破坏了沥青质溶剂化层结构,使得失去保护的沥青质胶粒更易吸附于油水界面;scCO₂ 处理也使得析出的蜡晶尺寸更加细小,数量增加,这将导致乳液黏度显著增大。上述变化导致scCO₂ 处理后W/O 原油乳液的水滴粒径变小、分布更加均匀,宏观表现为乳液体系的流动性恶化、稳定性增强。     

原位注射成型树脂体系SK型静态混合过程数值模拟

针对原位注射成型树脂体系在熔融状态下的在线混合难题,本文依托自主搭建的原位注射成型系统平台,结合仿真和实验研究了一种新型低分子热塑性树脂体系CBT500（环状对苯二甲酸丁二醇脂）/DBTL（二月桂酸二丁基锡）的SK型静态混合过程,运用统计学理论中不均匀系数（COV）对混合质量进行定量表征,得到了SK型静态混合头的混料芯的单元个数、长径比、螺旋角对混合质量的影响机理和规律。结果表明,混合质量随着混料芯单元个数的增加而提高,并且随着单元数的增加,混合质量的提高的效果逐渐变小,当单元数从3提高到10时,不均匀系数由0.9降低至0.05;混料芯单元的长径比越小,达到同样混合质量所通过的混合头长度越短,当长径比由1.5减少为1时,不均匀系数达到0.05所需的混合头长度由116mm减小至80mm;混合物通过同样个数的混料芯时,混料芯单元的长径比增大,有助于提高混合质量;混料芯单元的螺旋角度越大,混合质量越好,通过10个混料芯之后,当螺旋角由120°增加至180°时,不均匀系数从0.05提高为0.08。研究结果为原位注射成型树脂体系的在线混合装置的研制提供了参考依据。     

表面处理的橡胶颗粒对混凝土阻尼性能的影响

为了探索橡胶粉对混凝土抗震性能的影响,研究表面处理后的橡胶颗粒对混凝土强度、弹性模量以及阻尼比的影响.试验结果表明:界面处理剂能改善橡胶颗粒与水泥基体界面的薄弱层,当表面处理过的橡胶颗粒掺量小于15%时,混凝土的强度无明显降低,对于加入表面处理过的橡胶颗粒的混凝土构件,加速度的衰减速度随橡胶颗粒掺量的增加而增大;橡胶颗粒的加入,能明显增加混凝土的阻尼比,掺入15%表面处理的橡胶颗粒混凝土,强度损失不大,弹性模量降低13%,阻尼比提高34%,抗震性能得到改善.