基于离散元方法的U形管中颗粒不稳定性

作     者：周英贵 高信 白鹏博 凡凤仙 

作者机构：盐城工学院环境科学与工程学院 上海理工大学能源与动力工程学院 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

基　　金：盐城工学院校级科研项目(xjr2023043) 上海市科委项目(13DZ2260900) 

主　　题：颗粒物料 不稳定性 数值模拟 U形管 竖直振动 离散元方法 

摘      要：对填充颗粒物料的U形管施加竖直振动时，颗粒将呈现由一个分支向另一个分支定向迁移的不稳定性，该现象对颗粒物料的输运产生重要影响。为探究U形管中颗粒不稳定性的动力学行为及机理，基于离散元方法对颗粒动力学过程进行可视化模拟，分析了初始颗粒填充状况对颗粒不稳定性的影响，揭示了颗粒不稳定性的发展与饱和阶段速度场演化特性，考察了壁面摩擦对颗粒不稳定性的影响。结果表明，颗粒不稳定性与自放大效应有关，其发展阶段受到颗粒初始填充状况的影响；而最终饱和阶段U形管两分支颗粒表面高度差与颗粒初始填充状况无关，这与实验报道一致。在颗粒不稳定性的发展阶段，U形管向下运动过程中，水平段颗粒向两竖直分支膨胀，颗粒传输到颗粒量较多而底部颗粒速度较小的分支；在饱和阶段，U形管向下运动时，颗粒量较多分支中的惯性效应引起颗粒底部速度较大，抑制了水平段颗粒向其中的传输，导致颗粒表面高度差的增长停止。壁面滑动摩擦系数过小或过大时，颗粒定向迁移的现象均无法发生。