贮料重度对卸料流态及仓壁压力分布的影响

作     者：刘克瑾 黄硕硕 姚辉江 贾玲玲 谢双臣 LIU Kejin;HUANG Shuoshuo;YAO Huijiang;JIA Lingling;XIE Shuangchen

作者机构：河南工业大学土木工程学院郑州 450001 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2024年第40卷第15期

页      面：44-53页

核心收录：

学科分类：082804[工学-农业电气化与自动化] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 081402[工学-结构工程] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51708183) 河南工业大学高层次人才基金项目(31400375) 河南工业大学创新基金支持计划专项资助项目(2022ZKCJ07) 

主　　题：筒仓 散体材料 流态 离散元法 力链网络 卸料压力 卸料试验 重力密度 

摘      要：为了研究贮料重度对仓壁卸料压力和流态的影响,该研究进行了室内试验和数值模拟分析。室内试验采用自主设计的半圆柱形平底圆筒仓,仓壁嵌入定制的压力传感器量测仓壁压力,通过摄像机记录流态演化过程。贮料选用重度不同平均粒径为5.5 mm的陶球颗粒(以下简称陶粒)和大豆,各进行了5组卸料试验。并进行了离散元(discrete element method,DEM)数值模拟。最后,综合试验结果和数值模拟结果,结合颗粒物质力学基本原理,分析了贮料重度对流态演化及仓壁压力分布的影响。结果表明:陶粒和大豆的流态演变过程相似;静止区边界在卸料前期和中期处于稳定状态,贮料静止区角度为54.03°,高度为0.310 m,卸料后期,表面流动边界面开始与静止区边界面以28.5°相交,并最终滞留在仓底附近形成角度为28.5°,高度为0.120 m的“滞留区;贮料重度越大,仓壁压力变化越剧烈;峰值压力作用点在距离仓壁底部约3/10高度处;在卸料最初(卸料时间5 s,占总卸料时长的1.43%),陶粒和大豆的仓壁压力均发生剧烈突增:陶粒峰值增幅为263%,大豆峰值增幅为257%,该现象为实践中筒仓破坏多出现在卸料初期提供了试验支持。基于细观层面的力链网络演化,证实了重度大的陶粒通过力链网络传递到仓壁的压力更大,仓壁压力波动性与力链的断裂、重构和结拱起始、结拱完成和拱塌落有直接的对应关系。研究建立了从细观力链网络传递、力链断裂、重构与宏观仓壁压力分布的直接联系,研究结果可为筒仓结构设计提供理论支撑与试验依据。