玉米颗粒堆积特性的离散元法模拟研究

发布时间：2021-08-11 20:11

　　为探究玉米颗粒形状与颗粒湿度（颗粒中水的质量分数为14.23%）对颗粒堆积形态的影响,课题组利用离散元法（discrete element method,DEM）对玉米颗粒进行了颗粒堆积模拟。采用3种不同的颗粒模型（球形、楔形和3D扫描）,设置2种不同干燥度的颗粒物料群来模拟颗粒堆积。结果表明:在颗粒干燥的情况下,球形颗粒的堆积角最小,楔形颗粒与3D扫描颗粒的堆积角差别较小;颗粒在一定湿度情况下,楔形颗粒的堆积角最大,其次是球形颗粒和3D扫描颗粒。颗粒形状对颗粒堆积形态的影响要小于颗粒湿度对颗粒堆积形态的影响。 

【文章来源】：轻工机械. 2020,38(06)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

3种颗粒模型

考虑模拟湿颗粒接触碰撞时，颗粒之间会发生团聚现象，故课题组采用适用于农作物含湿物料的JKR Cohesion(Hertz-Mindlin with JKR)接触模型。考虑到模拟对象为直径10 mm的宏观颗粒系统，颗粒间的液桥力大于颗粒间的范德华力，而静电力一般在干燥的微观颗粒系统里有显著作用，因此课题组在采用JKR接触模型时，范德华力和静电力均可忽略不计，使玉米湿颗粒发生黏结团聚的力以液桥力为主。湿颗粒在相互接触时会因为其外在水分而形成液桥力，课题组以静态时2球型颗粒的接触为研究对象，静态液桥力由表面张力Fs和静水压Fp组成[11]。在此我们忽略液桥自身重力对静态液桥力的影响，那么静态液桥力就会满足Laplace方程。如图2所示，2个湿球颗粒之间形成了液桥。液桥毛细管压力为

文中采用的颗粒模型为德美亚一号玉米颗粒，料斗高度为200 mm，其入口与出口处的半径分别为100和30 mm，出料口处距离底面方盘为200 mm，设置生成颗粒总数为2 000个，颗粒物理参数[12]如表1～2所示，仿真模型如图3所示。由图3可以看出，颗粒在料斗内下落的过程中与料斗内壁发生碰撞，从而使得颗粒在出料口处聚集且形成颗粒流而流出料斗。当颗粒到达底面时，颗粒与底面发生碰撞并且产生能量损耗，多次碰撞后颗粒会停留在底面上;后面到达底面的颗粒会与底面原有的颗粒发生碰撞且消耗能量，颗粒与颗粒之间不断地发生碰撞，位于颗粒堆边缘的颗粒，会在颗粒相互碰撞的过程中散落在颗粒堆的基底周围;当颗粒之间的碰撞力较小时，颗粒可能会在摩擦力的作用下由颗粒堆的上部滚到颗粒堆的下部，如果颗粒之间的碰撞较大时，颗粒可能会散落到颗粒堆的周围，并不参与颗粒堆的形成。最终颗粒物料群发生多次碰撞后均会停留在底面或者其它颗粒上部，从而形成颗粒堆积，颗粒堆与底面的夹角即为颗粒堆积角。

【参考文献】：
期刊论文
[1]粒间摩擦对含有点缺陷的二维颗粒堆积体底部力链的影响[J]. 刘源,徐同桐,赵宪锋.  力学与实践. 2019(03)
[2]堆石料颗粒形状对堆积密度及强度影响的离散元分析[J]. 王蕴嘉,宋二祥.  岩土力学. 2019(06)
[3]颗粒滚动摩擦系数对颗粒堆内部受力的影响[J]. 王立军,赵惠君,武振超,吴宝鑫,李瑞.  东北农业大学学报. 2018(03)
[4]湿颗粒堆力学特性的离散元法模拟研究[J]. 赵啦啦,赵跃民,刘初升,李珺.  物理学报. 2014(03)

硕士论文
[1]玉米籽粒的物理力学特性研究[D]. 周文秀.东北农业大学 2015



本文编号：3336817