V形槽中稻米和茎秆分离行为的离散元模拟与试验研究
发布时间：2021-10-27 07:12
颗粒物质是指大量颗粒组成的离散体系,与人类生产生活息息相关,如粮食生产、矿物分选、医疗药片和雪花砂石等,所以对颗粒物质的研究具有极大的工程应用价值。自从发现“巴西果分离”现象以来,广大学者和工程师对颗粒分离的机理进行了深入研究,但由于颗粒体系的复杂性,至今都没有确切的解释,只有多种机理的相互竞争,主要包括空隙填充和对流机理,还存在渗透、凝聚、热扩散、气隙、惯性等,所以对颗粒物质的研究也具有极大的学术价值。农业中的粮食颗粒可视为特殊形状的颗粒物质,谷物分离过程也可视为颗粒振动分离过程,为了在V形槽中实现稻米和茎秆的分离并揭示其分离机理,首先通过Solid Works软件建立V形槽几何模型,并运用EDEM软件建立稻米和茎秆颗粒模型,然后对稻米和茎秆在水平振动下的运动行为进行模拟,得出二者分离机理,再然后对影响稻米和茎秆分离效果的参数进行讨论,包括V形槽形状、V形槽振动频率（4～7 Hz）和振幅（10～25 mm）、V形槽初始倾角（-10°～15°）和激振方式（竖直振动和摆振）,得出最适合于稻米和茎秆分离的参数,最后进行验证性试验,检验仿真结果的准确性。研究结果表明:频率为6 Hz,振幅为2...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自然界中的颗粒物质Fig.1.1Granularmattersinnature
1.绪论2图1.2生产生活中的颗粒物质Fig.1.2Granularmattersinproductionandlife“颗粒态”物质的共性从根本上讲，主要为三个方面：（1）颗粒体系是一个能量耗散的体系；（2）颗粒在接触过程中的温度变化较小，因此可以忽略颗粒在运动过程中的热传递；（3）颗粒之间由于摩擦力而相互接触和碰撞[25,26]。对于颗粒物质的研究非常的广泛，总结起来为：（1）颗粒物质的静力学，研究包括颗粒的静态分布（力与力链）、堆积特性和颗粒成拱等；（2）颗粒物质的动力学，主要是研究颗粒物质受到外界激励下的分离与混合现象；（3）颗粒物质的流动行为，包括对流、剪切流动，特别是研究稀疏流、密集流、堵塞这三种颗粒流态的性质[27,28]。对于颗粒物质的研究，起源于1773年的法国，距今已有240多年的历史，物理学家库伦（Coulomb）对土力学研究的过程中，提出了著名的固体摩擦定律。他对沙堆崩塌现象也进行了深入研究，发现当沙堆的堆积角大于某一特定数值之后，沙粒开始运动，沙堆出现崩塌。沙粒表面粗糙程度、粒径分布都对沙堆休止角有影响，沙粒休止角一般为35度[29,30]。1831年，英国科学家法拉第（Faraday）在对装有颗粒的圆柱形容器施加垂直振动时，发现了颗粒在振动过程中存在对流的现象：颗粒沿着容器壁下降，而在中间上升，随着研究的进一步深入，发现不同的振动频率导致最后的现象也会不同，振动频率较低时，产生了堆积现象，而频率较高时，颗粒体系表面会出现波动和拱柱[31-33]。1885年，法国科学家雷诺（OsborneReynolds）发现了颗粒的挤压膨胀现象，将颗粒紧密堆积在一起，在受到任何外力作用时，颗粒所占的体积都会变大[34]。二十世纪初，欧洲人在吃一种名为“穆兹利”的早餐时发现，混合在一起的燕麦片和巴西果等在晃动之后从盒子倒出时，?
较騕35-37]。1925年，太沙基（Terzaghi）出版了Erdbaumechanik（土力学），标志着颗粒有效力原理的正式提出，对颗粒物质研究发展有重要意义[38]。1957年，Dantu开展了光弹实验，首次发现了颗粒内部力的分布状态的非均匀性，并指出颗粒之间存在强力链，且为树状结构[39]。这些科学家的不断探索让人们逐渐对颗粒物质有了较为深入的了解，也为颗粒物质的动力学研究打下了坚实基矗1.1.2农业与颗粒物质我国自古就是农业大国，中国先民很早就发现在颠、晃、摇之后可将粮食中的沙粒、谷皮等杂质分离出来，使用的工具为簸箕，如图1.3所示，最早的文献记载可追溯到北魏时期贾思勰《齐民要术·种槐柳楸梓梧柞》：“至秋，任为簸箕”。在1600年前南朝宋时期，《世说新语》中有这样的记载：“簸之扬之，糠秕在前”，说明了簸箕中颗粒的分离现象。簸箕在古代东亚的中国、朝鲜半岛、日本列岛、越南的农业生产中的被广泛应用，且沿用至今。千百年来，人们只知道簸箕可以用于谷物分离，但因簸箕运动为颠（竖直直线振动）、摇（竖直圆周振动）、晃（水平直线振动）的振动方式，且振动时混合颗粒分离过程中包含着复杂力学行为，并伴随着丰富的组织场及流场变化，因此关于簸箕振动时混合颗粒分离理论研究大为滞后，对于簸箕的分离机制及颗粒运动的微观分析鲜有人研究，理论研究的滞后，制约了振动分离工艺及设备的发展[40-42]。图1.3农业生产中的簸箕Fig.1.3Dustpaninagriculturalproduction1884年，英国科学家Roberts在粮食储藏过程中，发现当粮食堆积高度约大于底面直径的两倍之后，继续向粮仓中添加粮食后，粮仓底面所受压强不会继续增加，将这一现象称为“粮仓效应”，如图1.4所示[43,44]。1895年。德国工程师Janssen对粮仓效应作出了解释：颗粒之间存在相?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于离散单元法的水稻籽粒快速颗粒建模研究[J]. 原建博,李骅,吴崇友,齐新丹,施新新,李超. 南京农业大学学报. 2018(06)
[2]基于DEM-CFD两种早稻品种圆筒筛清选过程的运动分析[J]. 肖星星,李骅,吴崇友,齐新丹,胡童. 机械设计. 2018(10)
[3]水平摆振下谷物偏析效果的离散元模拟研究[J]. 马学东,李亚运,李玲玲,张艳兵,陈强. 河南农业大学学报. 2017(05)
[4]瓢型摆振槽颗粒偏析效果的离散元模拟[J]. 马学东,陈强,李玲玲,宋华,李亚运. 中国粉体技术. 2017(04)
[5]密集颗粒物质的介观结构[J]. 孙其诚,刘晓星,张国华,刘传奇,金峰. 力学进展. 2017(00)
[6]水平振动情况下颗粒系统振动分离机理的离散元数值研究[J]. 王振宇,周伟,杨利福,马刚,常晓林. 振动与冲击. 2016(16)
[7]竖直振动下颗粒物质的行为模式研究进展[J]. 刘举,白鹏博,凡凤仙,胡晓红. 化工进展. 2016(07)
[8]基于EDEM软件的指夹式精量排种器排种性能数值模拟与试验[J]. 王金武,唐汉,王奇,周文琪,杨文盼,沈红光. 农业工程学报. 2015(21)
[9]棉籽颗粒在三自由度混联振动筛面上的运动规律[J]. 王成军,刘琼,马履中,李龙. 农业工程学报. 2015(06)
[10]CFD-DEM simulation of spouting of corn-shaped particles[J]. Bing Ren, Wenqi Zhong , Yu Chen, Xi Chen, Baosheng Jin, Zhulin Yuan, Yong Lu Ministry of Education of Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control, School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing, 210096, China. Particuology. 2012(05)
博士论文
[1]内循环流化床气固流动数值模拟与试验研究[D]. 田凤国.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]颗粒分层现象及其对球磨机破碎效果影响的研究[D]. 伍力.东南大学 2018
[2]水平摆振下颗粒物质分层行为的研究及应用[D]. 张艳兵.辽宁科技大学 2016
[3]垂直振动颗粒的受限诱导分离行为[D]. 杨雪娇.北京理工大学 2015
[4]振动筛分过程的DEM仿真研究[D]. 张勇.东北大学 2010
[5]振动颗粒的分离与对流[D]. 吴晶.哈尔滨工业大学 2007
[6]离散元法干颗粒接触模型研究及微机可视化程序设计[D]. 杨全文.中国农业大学 2001
本文编号：3461120
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自然界中的颗粒物质Fig.1.1Granularmattersinnature
1.绪论2图1.2生产生活中的颗粒物质Fig.1.2Granularmattersinproductionandlife“颗粒态”物质的共性从根本上讲，主要为三个方面：（1）颗粒体系是一个能量耗散的体系；（2）颗粒在接触过程中的温度变化较小，因此可以忽略颗粒在运动过程中的热传递；（3）颗粒之间由于摩擦力而相互接触和碰撞[25,26]。对于颗粒物质的研究非常的广泛，总结起来为：（1）颗粒物质的静力学，研究包括颗粒的静态分布（力与力链）、堆积特性和颗粒成拱等；（2）颗粒物质的动力学，主要是研究颗粒物质受到外界激励下的分离与混合现象；（3）颗粒物质的流动行为，包括对流、剪切流动，特别是研究稀疏流、密集流、堵塞这三种颗粒流态的性质[27,28]。对于颗粒物质的研究，起源于1773年的法国，距今已有240多年的历史，物理学家库伦（Coulomb）对土力学研究的过程中，提出了著名的固体摩擦定律。他对沙堆崩塌现象也进行了深入研究，发现当沙堆的堆积角大于某一特定数值之后，沙粒开始运动，沙堆出现崩塌。沙粒表面粗糙程度、粒径分布都对沙堆休止角有影响，沙粒休止角一般为35度[29,30]。1831年，英国科学家法拉第（Faraday）在对装有颗粒的圆柱形容器施加垂直振动时，发现了颗粒在振动过程中存在对流的现象：颗粒沿着容器壁下降，而在中间上升，随着研究的进一步深入，发现不同的振动频率导致最后的现象也会不同，振动频率较低时，产生了堆积现象，而频率较高时，颗粒体系表面会出现波动和拱柱[31-33]。1885年，法国科学家雷诺（OsborneReynolds）发现了颗粒的挤压膨胀现象，将颗粒紧密堆积在一起，在受到任何外力作用时，颗粒所占的体积都会变大[34]。二十世纪初，欧洲人在吃一种名为“穆兹利”的早餐时发现，混合在一起的燕麦片和巴西果等在晃动之后从盒子倒出时，?
较騕35-37]。1925年，太沙基（Terzaghi）出版了Erdbaumechanik（土力学），标志着颗粒有效力原理的正式提出，对颗粒物质研究发展有重要意义[38]。1957年，Dantu开展了光弹实验，首次发现了颗粒内部力的分布状态的非均匀性，并指出颗粒之间存在强力链，且为树状结构[39]。这些科学家的不断探索让人们逐渐对颗粒物质有了较为深入的了解，也为颗粒物质的动力学研究打下了坚实基矗1.1.2农业与颗粒物质我国自古就是农业大国，中国先民很早就发现在颠、晃、摇之后可将粮食中的沙粒、谷皮等杂质分离出来，使用的工具为簸箕，如图1.3所示，最早的文献记载可追溯到北魏时期贾思勰《齐民要术·种槐柳楸梓梧柞》：“至秋，任为簸箕”。在1600年前南朝宋时期，《世说新语》中有这样的记载：“簸之扬之，糠秕在前”，说明了簸箕中颗粒的分离现象。簸箕在古代东亚的中国、朝鲜半岛、日本列岛、越南的农业生产中的被广泛应用，且沿用至今。千百年来，人们只知道簸箕可以用于谷物分离，但因簸箕运动为颠（竖直直线振动）、摇（竖直圆周振动）、晃（水平直线振动）的振动方式，且振动时混合颗粒分离过程中包含着复杂力学行为，并伴随着丰富的组织场及流场变化，因此关于簸箕振动时混合颗粒分离理论研究大为滞后，对于簸箕的分离机制及颗粒运动的微观分析鲜有人研究，理论研究的滞后，制约了振动分离工艺及设备的发展[40-42]。图1.3农业生产中的簸箕Fig.1.3Dustpaninagriculturalproduction1884年，英国科学家Roberts在粮食储藏过程中，发现当粮食堆积高度约大于底面直径的两倍之后，继续向粮仓中添加粮食后，粮仓底面所受压强不会继续增加，将这一现象称为“粮仓效应”，如图1.4所示[43,44]。1895年。德国工程师Janssen对粮仓效应作出了解释：颗粒之间存在相?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于离散单元法的水稻籽粒快速颗粒建模研究[J]. 原建博,李骅,吴崇友,齐新丹,施新新,李超. 南京农业大学学报. 2018(06)
[2]基于DEM-CFD两种早稻品种圆筒筛清选过程的运动分析[J]. 肖星星,李骅,吴崇友,齐新丹,胡童. 机械设计. 2018(10)
[3]水平摆振下谷物偏析效果的离散元模拟研究[J]. 马学东,李亚运,李玲玲,张艳兵,陈强. 河南农业大学学报. 2017(05)
[4]瓢型摆振槽颗粒偏析效果的离散元模拟[J]. 马学东,陈强,李玲玲,宋华,李亚运. 中国粉体技术. 2017(04)
[5]密集颗粒物质的介观结构[J]. 孙其诚,刘晓星,张国华,刘传奇,金峰. 力学进展. 2017(00)
[6]水平振动情况下颗粒系统振动分离机理的离散元数值研究[J]. 王振宇,周伟,杨利福,马刚,常晓林. 振动与冲击. 2016(16)
[7]竖直振动下颗粒物质的行为模式研究进展[J]. 刘举,白鹏博,凡凤仙,胡晓红. 化工进展. 2016(07)
[8]基于EDEM软件的指夹式精量排种器排种性能数值模拟与试验[J]. 王金武,唐汉,王奇,周文琪,杨文盼,沈红光. 农业工程学报. 2015(21)
[9]棉籽颗粒在三自由度混联振动筛面上的运动规律[J]. 王成军,刘琼,马履中,李龙. 农业工程学报. 2015(06)
[10]CFD-DEM simulation of spouting of corn-shaped particles[J]. Bing Ren, Wenqi Zhong , Yu Chen, Xi Chen, Baosheng Jin, Zhulin Yuan, Yong Lu Ministry of Education of Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control, School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing, 210096, China. Particuology. 2012(05)
博士论文
[1]内循环流化床气固流动数值模拟与试验研究[D]. 田凤国.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]颗粒分层现象及其对球磨机破碎效果影响的研究[D]. 伍力.东南大学 2018
[2]水平摆振下颗粒物质分层行为的研究及应用[D]. 张艳兵.辽宁科技大学 2016
[3]垂直振动颗粒的受限诱导分离行为[D]. 杨雪娇.北京理工大学 2015
[4]振动筛分过程的DEM仿真研究[D]. 张勇.东北大学 2010
[5]振动颗粒的分离与对流[D]. 吴晶.哈尔滨工业大学 2007
[6]离散元法干颗粒接触模型研究及微机可视化程序设计[D]. 杨全文.中国农业大学 2001
本文编号：3461120
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