摘要：为了明确不同下降管结构内陶瓷球和生物质颗粒的流动规律,对比研究了方形和圆形下降管对颗粒轴向速度、颗粒碰撞率和生物质停留时间的影响,同时考察了管径对颗粒轴向速度和生物质停留时间的影响。搭建了cfd-dem耦合框架,并利用粒子图像测速技术对模拟进行了速度验证。试验结果表明,模拟结果与试验结果吻合良好;混合颗粒在圆管中的时均轴向速度高于方管,圆管中陶瓷球的最大轴向速度比方管高10%左右;不同管径大小下降管中的颗粒轴向速度差异主要体现在下降管的转弯处,管径60、70和80 mm下降管转弯处的陶瓷球速度依次损失了37%、40%、45%左右,生物质的速度依次损失了49%、52%、54%左右;方管中生物质与壁面的接触碰撞频率更高,圆管中生物质与陶瓷球的接触碰撞频率更高,两种管中分别约为23%和39%的生物质颗粒与陶瓷球接触;陶瓷球的加入后方管和圆管中的生物质停留时间分布离散程度分别增加了10%和17%。研究结果为下降管热解装置中的颗粒流动状态分析及结构设计和优化提供了依据。

摘要：为解决柔性生物质颗粒在食品加工和生物能源制备等出现的取向无序性问题,设计了一种三角形沟槽通道.基于计算流体动力学-离散元方法(cfd-dem),建立三角形沟槽通道内柔性颗粒运动的气固耦合模型.其中,采用双链黏结球模型表征柔性生物质颗粒.设计正交实验,研究气体速度、颗粒长度、通道倾斜角和沟槽角度对柔性颗粒取向的影响规律.结果表明:柔性颗粒取向角为0~10°的比例高达0.9;通道倾斜角β对颗粒取向有序性的影响最大,随着颗粒长度颗粒的增大,通道倾斜角和沟槽角度的减小,取向有序性增强.优化模型中,颗粒取向角为0~10°的比例为0.96,取向有序参数S为-1.911,颗粒取向与沟槽方向基本一致;颗粒运动平均速度为2.467 m·s^(-1).该成果为颗粒取向的研究提供了一定的理论依据.

摘要：掌握竖直降落式热解反应器中污泥颗粒的流动与传热规律是设计反应器的关键.采用计算流体力学与离散元(cfd-dem)耦合的方法模拟了竖直降落式反应器中污泥颗粒的流动与传热过程.首先,利用文献中的实验结果与传热模拟结果比对,验证了传热模型的合理性.进而考虑了热气流输入、反应器尺寸和污泥颗粒变化等对传热特性的影响.其中颗粒的质量随温度的变化规律通过热重实验测得,进而通过拟合得到颗粒的粒径与温度的关系.计算结果表明,颗粒在反应器内的流动接近于“活塞流”,气相压降较大(1329 Pa/m);颗粒与气相之间的对流传热占据主导地位,污泥颗粒热解传热过程颗粒形变的影响较大、不可忽略,反应器管径超过60 mm以后,管径增大会导致壁面传热占比急剧下降.此计算为污泥竖直降落式热解反应器的设计提供了依据.

摘要：混凝装备中流场的涡旋特征是影响煤泥水等微细颗粒絮凝效果的关键因素之一。为解析流场涡旋影响颗粒混凝碰撞与黏附机制,以圆柱绕流产生的涡街为代表性涡旋流场,采用cfd方法模拟了流速和圆柱直径对流场涡旋强度和尺度的影响;引入XDLVO理论辅助描述离散元方法中颗粒间的相互作用力,对粒径为25~100μm颗粒在上述流场中的碰撞与黏附过程进行cfd-dem模拟,并试验验证。结果表明,在流速0.06~0.12 m/s、圆柱直径2~6 mm、雷诺数为120~720条件下,圆柱绕流场中的涡旋半径(r)与圆柱直径(D)的关系近似为r=0.133 3D+0.421 4,与流速无显著相关性;涡旋中心的最大涡量与流速成正比,涡旋强度与圆柱直径的2次方正相关。cfd-dem(XDLVO)模拟方法获得的黏附聚集体的特征参数与试验结果吻合较好,说明其可较准确地描述圆柱绕流场中颗粒的碰撞与黏附过程。对流场涡旋分布特征和聚集体在流场分区中分布特征的分析表明,流场中的涡旋通过惯性离心力使颗粒远离涡旋中心向涡旋周边的黏性剪切区富集,在改变颗粒运动方向的同时,增加了颗粒在黏性区的局部浓度,从而提高了颗粒的碰撞概率,有效促进了颗粒的黏附并大。当涡旋尺度为物料粒径的10倍左右时最有利于颗粒的碰撞黏附,因此可根据应用场景的物料粒度来优化设计绕流圆柱直径,使其达到最好的黏附效果。

摘要：穴施肥装置气力投肥过程要求气流将肥团从肥腔中全部清出并尽量减小肥料在土壤中的分布长度,为明确不同投肥路径下投肥机构内流场分布及其对肥团运动的影响,该文运用cfd-dem耦合方法,根据出肥管与肥盘接触面的不同,对比分析了不同入口风速(4、6和8 m/s)下侧投肥和底投肥2种投肥路径下机构内流场和颗粒的运动特性,结果表明:当肥腔与进气端面接触面积较小时,肥腔内气流流速和颗粒扰动过大,出现颗粒"倒流"现象;随接触面积增大,肥腔内气流流速和颗粒扰动逐渐减小,投肥趋于稳定;当入口风速较小时,2种投肥路径投肥性能均相对较差;随入口风速增大,两者清肥率和肥料成团性能均明显提高,当入口风速达到8m/s时,底投肥方式清肥性能优于侧投肥方式,而肥料成穴性能却低于后者。室内台架试验表明其投肥性能指标的变化规律与仿真试验相吻合,且入口风速达到8m/s时,侧投肥方式的清肥率和肥料分布长度分别为85.5%和9.9 cm,底投肥方式分别为87.1%和11.4 cm。仿真和台架试验结果为后续投肥路径的设计和优化提供了理论依据。

摘要：为探究水射流清洗猪粪的过程和效果,利用计算流体力学和离散元法(computational fluid dynamics-discrete element method,cfd-dem)耦合对水射流清洗猪粪过程进行数值模拟与验证。结果表明:1)水射流清洗猪粪过程分为三个阶段:自由射流清洗、淹没射流清洗、冲击强化,水射流到达猪粪层表面后0.45 s内清洗效率最高;2)在同结构参数和工作压力下,锥形喷嘴清洗效果优于直锥形喷嘴,连续清洗0.45 s作用时长锥形喷嘴清洗量比直锥形喷嘴高约0.83%;3)锥形喷嘴最大水平清洗移速与清洗目标深度、工作压力负相关,与喷嘴出口直径无明显关系,其中清洗目标深度影响最大。该研究提出了60%含水率的猪粪颗粒粗粒建模方法,并通过清洗试验验证了耦合仿真的有效性,研究结果可为畜禽粪污清洗装备的设计与优化提供理论参考。

摘要：磨损是导致多级混流泵失效的主要原因,采用cfd(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法是设计优化该类泵抗磨损性能的重要手段。该文基于cfd-dem(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)方法,通过自定义相间作用建立了流体与颗粒的全耦合模型,通过与已有实验结果对比,验证了该计算模型的准确性,研究了颗粒浓度、形状和小流量工况对泵叶片磨损的影响。结果表明,混流泵叶轮叶片磨损主要发生在头部和尾部靠后盖板一侧,颗粒浓度和形状对泵叶片磨损位置影响较小,磨损量随浓度增大和球形度减小而急剧增加,另外,流道内颗粒滞留数量与球形度大小有关。

摘要：针对联合收割机刚收获的稻谷由于含水率较大而易霉变的问题,提出了利用远红外联合热风将稻谷在收割谷物提升搅龙中直接干燥的方法。设计了红外加热器安装在搅龙中心的内加热和安装在搅龙外筒上的外加热2种方案,采用cfd-dem耦合方法对稻谷运动、传热传质过程以及搅龙内的流场进行了仿真分析,并采用外筒加热方案试验对仿真结果进行了验证。结果表明:模拟值和试验值变化趋势一致,最大相对误差仅为8.34%,试验和仿真结果基本吻合;在不同搅龙转速、热风温度、热风风速和喂入量条件下,外加热方案脱水速率比内加热方案至少快2.91%,说明外加热方案干燥效果优于内加热方案;谷粒的升温随着搅龙转速、热风速度和喂入量的增大而减小,随着热风温度的增大而增大;谷粒脱水速率随着搅龙转速和喂入量的增大而减小,随着热风温度和热风速度的增大而增大。上述研究结果为联合收割机谷物提升搅龙中集成干燥装置的设计及干燥过程的优化提供了理论依据。

摘要：为掌握输煤转载点粉尘污染与风流速度三维分布的关系,以蒙东能源敏东一矿00工作面2号转载点为研究对象,利用cfd-dem和有限元方法,采用k-ε湍流模型和COMSOL软件,建立了该转载点风流三维分布的数值模型,计算获得了其风流的三维分布规律,结合现场测试数据,分析了该转载点粉尘严重污染的风流影响机理。结果表明:带式输送机牵引风流与两巷道压风风流的混合是风流在转载点涡旋、紊乱现象的动因。得到了5~50μm不同粒径粉尘扩散的三维时空分布,针对性的提出外破坏涡旋、内合理布置、干湿降尘并举的治理方案,并设计湿式降尘方案。

摘要：目的通过建立计算流体力学与离散单元法耦合(computational fluid dynamics-discrete element method,cfd-dem)仿真模型,研究不同填充长度以及流量下的填充床压降。方法利用cfd与dem耦合的方法建立三维变截面圆管内球形颗粒填充床的流动模型,计算4组不同填充长度颗粒数目(最多约24 000个),以及不同流量情况下的压降,并与传统经验公式以及实验结果作对比。结果 cfd-dem方法对于求解非均匀直管填充床压降相对传统方法误差更小,cfd-dem方法得到的压降误差在11%以内,仿真时间小于30 min,颗粒规模和效率较以往研究有提升。结论 cfd-dem方法能够节约实验成本,减少实验次数便于颗粒填充床的优化设计。