基于EDEM的粮食立筒仓卸料动态侧压力研究

立筒仓卸料过程中,贮料流态不断变化,仓壁压力随之表现出不同变化规律。为研究卸料过程中贮料在粮食立筒仓中的流动状态和速度分布、贮料对仓壁产生的动态侧压力以及相应超压系数,采用离散元仿真软件EDEM对粮食立筒仓卸料过程进行模拟,分别选定两种不同卸料速度工况,并结合试验结果对比分析动态侧压力。结果表明：通过直接观察和整体流量指数分析筒仓内贮料流动状态,贮料流态与其所处的筒仓位置有关,发展进程为整体流动—管状流动—漏斗型流动;EDEM仿真模拟与试验结果的静态侧压力值接近、动态侧压力分布规律一致,且超压系数误差在合理范围内;卸料整体过程中,流速快工况的超压系数均大于流速慢工况;筒仓仓壁下部1/3hn范围内的动态侧压力突增最为明显,贮料内部不断重复动态拱过程致使仓壁卸料压力呈现不同震荡分布,且该位置的超压系数高于现行规范的水平侧压力修正系数Ch。EDEM离散元卸料仿真进行动态侧压力研究具有可行性,研究成果可为筒仓结构安全设计提供参考。     

Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动的数值模拟

应用Eulerian-Lagrangian方法对国内某工厂实际运行的Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动进行了模拟.采用Realizable k-ε模型计算炉内复杂气体湍流运动,应用颗粒轨道模型追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动轨迹.通过数值计算取得了炉内气相速度矢量、颗粒运动轨迹、颗粒碰撞壁面并沉积于壁面的沉积通量和颗粒在炉内的停留时间分布.揭示了该气化炉的气固两相流动特性,并分析了运行工况对壁面沉积通量分布的影响规律.结果表明:气化炉内的气体流场存在回流,回流延长了颗粒在气化炉内的停留时间,颗粒沉积通量最大的位置为筒体段下部和锥体段上部; 绝大部分颗粒在气化炉内的停留时间在5 s以内,气体流量降低时颗粒在炉内的停留时间减少.     

平底筒仓中物料颗粒流动特性研究

大型封闭平底筒仓通过螺旋输送机的自转和公转运动将物料输送到筒仓卸料中心区,然后螺旋下降直到筒仓卸料完成。通过EDEM仿真软件,分析了平底筒仓中自由流动和螺旋机辅助卸料下物料颗粒的流动速度,对比分析了螺旋运动对物料颗粒速度的影响。研究得出:筒仓壁处的颗粒受到螺旋机的影响较大,而中间颗粒基本没有影响。距离螺旋机越近,物料颗粒速度波动越大。该筒仓适用于自由流动和非自由流动大面积散体物料的储存,如土豆淀粉、煤、粉煤灰、石膏等物料,有储存利用率高,环境污染低等显著优势。     

基于三维离散单元法的大直径浅圆仓偏心卸料研究

为探讨大直径浅圆仓内粒状物料对仓壁的动态作用机理,采用三维离散单元法模拟了筒仓偏心卸料的全过程。不同尺寸的球形颗粒用于模拟仓内粒状物料,墙单元用于模拟筒仓仓壁。颗粒速度场和颗粒流动过程表明卸料通道自卸料孔向上方延伸呈漏斗状,与模拟实验结果相一致。随着偏心卸料的进行,仓壁静态侧压力不断减小,仓壁动态侧压力峰值出现在卸料的初始阶段,筒仓上部的超压现象比下部更为明显。靠近卸料孔一侧墙体更容易出现超压现象,最大超压系数为1.63,远离卸料孔一侧的仓壁在卸料阶段几乎不出现动态作用。     

基于三维离散单元法的大直径浅圆仓偏心卸料研究

为探讨大直径浅圆仓内粒状物料对仓壁的动态作用机理,采用三维离散单元法模拟了筒仓偏心卸料的全过程。不同尺寸的球形颗粒用于模拟仓内粒状物料,墙单元用于模拟筒仓仓壁。颗粒速度场和颗粒流动过程表明卸料通道自卸料孔向上方延伸呈漏斗状,与模拟实验结果相一致。随着偏心卸料的进行,仓壁静态侧压力不断减小,仓壁动态侧压力峰值出现在卸料的初始阶段,筒仓上部的超压现象比下部更为明显。靠近卸料孔一侧墙体更容易出现超压现象,最大超压系数为1.63,远离卸料孔一侧的仓壁在卸料阶段几乎不出现动态作用。     

方坯凝固过程中夹杂物的运动轨迹

考虑糊状区多孔介质对流动的影响,建立了三维凝固耦合模型和夹杂物运动轨迹方程,并与CFXF3D软件包相结合,对方坯凝固过程中夹杂物颗粒的运动轨迹进行了数值模拟·结果表明:夹杂物颗粒在结晶器凝固过程中的运动轨迹与夹杂物在水口处的初始位置、夹杂物直径和结晶器内的流场特性有关;微观夹杂物易滞留于铸坯中,不易排除,直径较大的大颗粒夹杂物易于上浮排除;凝固对夹杂物的运动轨迹有显著影响,有利于夹杂物上浮去除;流场是影响夹杂物运动轨迹的主要因素·     

内置减压管的筒仓侧壁卸料动态侧压力

以试验结果为依据,利用颗粒流程序(PFC~(3D)),分析了普通筒仓单侧壁卸料的动态侧压力和安装减压管时筒仓单侧壁卸料的动态侧压力。分析结果表明:普通筒仓单侧壁卸料最大超压系数为1.30,安装减压管的筒仓单侧壁卸料在最大超压系数为1.10;减压管的存在使得储料流动形式发生改变,从而使储料在卸料时仓壁受到的动态侧压力明显降低,超压系数及其分布范围显著减小;减压管能够减小筒仓单侧壁卸料时的偏心距,从而减小卸料时储料对仓壁的冲击,能够提高卸料时筒仓的稳定性。通过观察储料流动形式和理论分析,进一步阐释减压管减小卸料时超压系数的原因。     

湿颗粒材料筒仓卸料过程的离散元模拟

为研究含液量较少情况下湿颗粒材料的筒仓卸料过程,采用接触点绑定和自定义本构两种途径模拟液桥力,数值算例分析了含水量对颗粒流动性的影响,并通过提取仓壁底端压力峰值和统计颗粒阻塞概率,对干颗粒和湿颗粒在筒仓卸料过程中宏观特性的不同作了分析。得出仓壁底端压力峰值发生在卸料过程中,干颗粒压力峰值高于湿颗粒;筒仓卸料过程中,粒径均匀分布的颗粒其阻塞概率要大于单一粒径的颗粒,湿颗粒阻塞概率大于干颗粒,液桥力整体上对颗粒流动有阻碍作用。数值算例表明了两种途径在模拟湿颗粒材料流动行为时的有效性和可行性。     

多喷嘴对置式煤气化炉内气固两相流动及壁面沉积

对我国具有自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化炉内的气固两相流进行了数值模拟分析.在合理简化和假设基础上建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内气固两相流动模型,采用Realizable k-ε模型描述炉内复杂气相湍流运动,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动.通过数值计算获得了炉内气固两相的速度矢量、颗粒分布、颗粒运动轨迹,以及颗粒碰撞并沉积于壁面的通量分布.揭示了该型气流床煤气化炉内气固两相流动特征,并分析了入口速度和炉体上部高度对气固两相流动和颗粒在壁面沉积的影响规律.结果表明:对撞流显著增强炉内气固流动湍动,强化气固相互作用,并使煤粉颗粒在炉内有效分散,有利于化学反应高效进行;在喷嘴入口及顶部的壁面处颗粒沉积率较大.     

有限空间风沙流动数值模拟及边界条件问题

采用Euler方法的双流体模型和颗粒动理学方法对二维风沙气固两相流动进行了数值模拟,研究不同边界条件下的气固两相速度与浓度分布以及进口条件下的风沙流动。结果表明,对边界为固体壁面的流动,沙粒边界条件对其浓度分布有严重的影响,必须计及能量平衡和沙粒速度滑移效应,体现为沙面上的沙粒起动和碰撞特性;进口效应的存在使得在较短的距离内不能获得合理的流动结构,要求根据实验给出准确的进口条件,或者计算域有足够的长度,使流动结构不受进口效应的影响。     

多相介质诱发柱塞泵内部磨损

 为了突破油水煤浆作为替代燃料发展的瓶颈,解决油水煤浆替代柴油应用于柴油机和固体煤颗粒的存在加剧柱塞泵磨损问题,通过数值模拟和实验测试方法找出多相介质下诱发柱塞泵内部磨损的机制。采用VOF多相流动模型,对颗粒运动轨迹、颗粒与过流表面的相互碰撞过程、固液(煤、油)磨损进行了数值模拟,并试验测试分析。研究结果表明：离散相颗粒的性质(密度、粒径)、混合比例及柱塞运动速度对颗粒运动轨迹及壁面碰撞过程有重要的影响;大粒径、大密度的颗粒运动轨迹向柱塞泵壳体内侧偏移,与其撞击并反弹,易发生多次撞击,对柱塞泵壳体内侧磨损程度大;小颗粒易与柱塞偶件发生撞击,因柱塞偶件表面油膜颗粒一般与其发生一次撞击,冲蚀磨损相对弱些;凸轮速度直接影响柱塞运动速度,速度加剧内部磨损;混合燃料中固体颗粒的体积比增大,对柱塞偶件的磨损加剧,模拟结果与试验结果吻合。     

后台阶气固两相流动的PDPA实验

为了获得后台阶气粒两相湍流的流动特征,用相位Doppler粒子动态分析仪(PDPA)对其进行了实验研究。45μm颗粒速度几乎都大于相应位置上的气相速度,而脉动速度分布与气相相似,具有双峰结构。颗粒平均速度和脉动速度的分布在不同Re下是相似的,其流向脉动速度的最大值在7~8倍后台阶高度的流向距离之前,大致能够保持不变,但此后会显著减小,并在12倍后台阶高度的距离之后整个截面分布趋向均匀。随着Re的增大,颗粒相的回流区长度也逐渐变长。这些结果为认识颗粒相的流动规律以及发展和改进颗粒相数值模型提供了依据。     

油气分离器内油滴运动轨迹的数值模拟

在不考虑相间相互作用的条件下，气相采用RNG k-ε（重整化群）湍流模型，油滴相采用随机轨道模型，对油气分离器一次油分内的油气两相流动进行了数值模拟，揭示了油气分离器内的流动分布和油滴的运动轨迹及分离机理．计算结果表明：一次油分内的速度场分布不均匀，而且靠近挡板底面附近的气流速度很小，这样易使进入二次油分滤芯前较小的油滴分离；另外，不同粒径的油滴其运动轨迹差别很大，很明显，粒径大的油滴较容易分离；油滴入射的初始位置不同，其分离速度的差别较大，运动轨迹也明显不同．     

旋转条件下长尾喷管发动机三维两相流场数值模拟

针对旋转条件下长尾喷管发动机的三维两相流场开展了一体化数值模拟,进行了旋转速度为0、100 r/min、300 r/min、500 r/min和1 000 r/min,颗粒直径为10 μm、40 μm、70 μm和100 μm条件下颗粒运动轨迹和聚集浓度分布影响的研究.研究结果表明:①与无旋转条件下的颗粒运动轨迹以及聚集分布规律相比,在本旋转条件下,颗粒的运动历程增加,滞留时间增加,颗粒的聚集部位发生改变;②随着旋转速度增大,颗粒加入主流后首先贴着壁面作周向环绕运动,旋转速度越大,颗粒的旋转环绕轨迹越长;颗粒环绕运动的区域也随着旋转速度的增大而增大;颗粒所滞留的时间总体上是增大的;③随着颗粒直径的增大,由于颗粒本身运动惯性的增大,随流性变弱,受旋转作用影响的程度变差,滞留时间减小;④随着旋转速度的增大,锥台型装药壁面和后封头处的颗粒聚集浓度呈现增加趋势,翼槽表面的颗粒聚集带由翼槽顶部向根部移去;轴线处的颗粒聚集浓度随旋转速度增大而逐渐减弱.     

反循环钻进中水龙头弯管磨损数值模拟

针对反循环钻进中水龙头弯管磨损失效问题,应用计算流体动力学方法对水龙头弯管内气固两相流场进行数值模拟,研究弯管内岩屑颗粒的运动轨迹及壁面磨损分布,并进一步分析岩屑特性对壁面磨损的影响.研究结果表明:气固两相流经过弯管时,岩屑与壁面在弯管30°,90°和150°转角位置存在碰撞集中区,对应形成3个壁面磨损区,其中30°转角位置磨损最严重,形成刺漏点;此外,岩屑颗粒特性对弯管磨损存在影响,随颗粒速度或质量流量的增大,弯管磨损速率显著增大;随颗粒直径增大,磨损速率先增大后减小;颗粒密度对弯管磨损影响不明显.     

基于CFD的高浓漂白塔塔底S型卸料器的流场研究

采用Fluent软件的欧拉粒子多相流模型、κ-ε湍流方程结合滑移网格运算法则(SG),在分析稀纸浆的绝对压力云图、水的速度矢量图、纸浆纤维的体积分数的基础上,对高浓纸浆漂白塔塔底卸料系统的S型卸料器及其稀释区的流动特性进行了瞬态模拟.结果表明:该卸料器的几何形状有利于卸料,而且卸料均匀、彻底;转速、黏度、密度、颗粒直径...     

撞击流气固两相流动中曳力模型的分析

为研究水平对称撞击流中气固两相曳力模型对球形颗粒运动的影响,运用FLUENT软件对spherical、stokes-Cunningham模型以及一种新型曳力模型下的气固两相流进行了数值模拟。新型曳力模型利用FLUENT中用户自定义函数(UDF)程序实现。采用欧拉-拉格朗日方法计算流场速度分布、进出口压力差、颗粒在撞击流装置停留时间以及颗粒运动轨迹。结果表明,采用新型曳力模型模拟撞击流气固两相流动,其速度分布基本关于撞击面对称分布。对于不同曳力模型,气固两相撞击流装置进出口的压力差在24. 9～25. 0 Pa之间。采用新型曳力模型模拟颗粒在撞击流装置停留时间主要分布在0. 4～1. 0 s,其颗粒运动现象与实验结果在定性上是一致的。     

高压磨料水射流过程流场压力场数值模拟

利用计算流体力学方法对高压磨料水射流过程进行了数值模拟.应用拉格朗日随机轨道模型对固体颗粒的运动轨迹进行数值模拟,采用标准湍流模型对连续相流动进行数值模拟,得到连续相速度场和压力场分布.结果表明,颗粒直径是射流过程主要影响因素,改变系统压力和喷射靶距,可以为高压磨料水射流过程的研究提供有意义的途径.     

大颗粒气固流化床内两相流动的CFD模拟

采用欧拉双流体模型和颗粒动力学方法,数值模拟了大颗粒流化床在不同密度、布风装置及曳力模型情况下的气固两相流动,考察了大颗粒流化床流化和流动特点,颗粒体积分率分布,床层压力瞬时变化,床层碰撞比,以及颗粒速度径向和空隙率轴向分布规律.研究结果表明,与直型布风板流化床比较,凹型布风板流化床内的气泡产生快,颗粒横向运动能力强;随着颗粒密度的增大,其在凹型布风板流化床边壁处的速度比中心位置处减小的快;比较3种曳力模型,发现其模拟的轴向空隙率分布和床层压力存在较大差异,且与床层膨胀比实验关联式相比,3种模型预测的值比实验关联式要大一些.通过研究,3个曳力模型中Gidaspow模型相对适用于大颗粒气固流化床的数值模拟.     

搅拌摩擦加工制备SiCp/铝基复合材料增强相流动性的数值模拟

利用流体软件ANSYS-FLUENT建立三维搅拌摩擦加工的热与塑性流动模型,利用UDF编程对软件进行二次开发,模拟搅拌摩擦加工制备SiCp/铝基复合材料增强相颗粒的流动性,结果表明:搅拌摩擦主要的产热区域为搅拌头轴肩,远离搅拌头的区域温度降低,温度场关于加工中心线并不对称,前进侧的温度高于后退侧,搅拌头前部温度低于后部,温度梯度前部大于后部;模拟流场时发现塑性金属流动速度大小与温度高低有直接关系,轴肩边缘处材料的塑性流动速度最大,横截面流场呈"锅状"分布;根据搅拌摩擦加工过程建立追踪第二相粒子的DPM模型,轴肩作用区有少量增强相粒子越过中心线向后退侧分布,由于加工中心区域下部搅拌针作用较弱,增强相多分布在开槽位置处,但增强相颗粒整体分布于前进侧.