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GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为与本构方程研究

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精密成形工程 2024年第6期16卷 138-144页

作者：汪淼滕俊飞陈怡琪李宏中国航空制造技术研究院北京100024 西北工业大学材料学院西安710072

目的研究GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为,为高温合金板材高温成形工艺的制定和优化提供指导。方法基于GH5188合金板材高温拉伸试验,分析了变形工艺参数对GH5188合金板材高温拉伸变形时真应力、应变速率敏感性指数和应变硬化指数的... 详细信息

目的研究GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为,为高温合金板材高温成形工艺的制定和优化提供指导。方法基于GH5188合金板材高温拉伸试验,分析了变形工艺参数对GH5188合金板材高温拉伸变形时真应力、应变速率敏感性指数和应变硬化指数的影响规律,建立了本构模型对其流动行为进行描述和预测。结果GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为受应变硬化、流动软化和应变速率硬化的共同影响,其变形过程分为弹性变形、加工硬化、稳态流动和断裂4个阶段。随变形温度的升高和应变速率的降低,真应力减小。变形温度、应变速率和真应变对GH5188合金板材的应变速率敏感性指数和应变硬化指数具有显著影响。基于Johnson-Cook和Hensel-Spittel模型,建立了考虑应变硬化效应、流动软化效应和应变速率硬化效应耦合影响的GH5188合金板材高温拉伸变形本构模型(JC-HS模型),采用该模型预测的真应力与试验值的平均相对误差为6.02%。结论建立的JC-HS模型能够较好地描述和预测GH5188合金板材的高温拉伸流动行为。

关键词： GH5188合金板材高温拉伸流动行为本构方程

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非均相驱油体系在多孔介质中流动行为影响因素

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西安石油大学学报（自然科学版） 2022年第2期37卷 32-38页

作者：刘文正何宏刘浩成元福卿陈晓彦刘欢马骁锐陈丽君长江大学石油工程学院湖北武汉430100 中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院山东东营257000 中国石化胜利油田分公司河口采油厂山东东营257000

针对非均相驱油体系在矿场应用过程中部分单元存在注入或者封堵效果不理想问题,通过填砂岩心驱替实验,研究了岩心渗透率、注入速度、体系中凝胶颗粒与聚合物质量比(干重)因素对非均相驱油体系在多孔介质中流动行为的影响。结果表明:非... 详细信息

针对非均相驱油体系在矿场应用过程中部分单元存在注入或者封堵效果不理想问题,通过填砂岩心驱替实验,研究了岩心渗透率、注入速度、体系中凝胶颗粒与聚合物质量比(干重)因素对非均相驱油体系在多孔介质中流动行为的影响。结果表明:非均相驱油体系在渗透率0.5~3.4μm^(2)的岩心中能顺利注入并形成有效封堵,封堵率可达82.5%以上。注入速度和体系中凝胶颗粒与聚合物质量比对非均相驱油体系流动特征影响较大,当注入速度优选为0.5~0.75 mL/min,质量比优选为0.5∶1~0.75∶1时,非均相驱油体系在多孔介质中兼具良好的注入性能和封堵能力。

关键词：非均相驱油体系流动行为注入性能封堵性能影响因素

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2种氧分压下铁矿粉烧结高温熔体的流动行为

钢铁研究学报 2022年第1期34卷 75-87页

作者：翟晓波王刚邹忠平李想中冶赛迪技术研究中心有限公司重庆401122 中冶赛迪工程技术股份有限公司重庆401122 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083

铁矿粉烧结高温熔体的流动行为,对烧结矿强度的改善有重要影响,而其受到烧结料层内氧分压的深刻影响。以7种铁矿粉为研究对象,在实验测定2种氧分压下高温熔体流动行为的基础上,通过FactSage热力学计算、XRD矿相分析法及矿相数点法探究... 详细信息

铁矿粉烧结高温熔体的流动行为,对烧结矿强度的改善有重要影响,而其受到烧结料层内氧分压的深刻影响。以7种铁矿粉为研究对象,在实验测定2种氧分压下高温熔体流动行为的基础上,通过FactSage热力学计算、XRD矿相分析法及矿相数点法探究其影响机制。结果表明,当高温保持段的氧分压从0.1 kPa升高至21.0 kPa,高温下生成液相比例升高,熔体黏度降低,从而使得高温熔体流动行为指数增大。高温熔体中包含高温液相和少量未熔固相。高温液相的存在形式为CaO-Fe_(2)O_(3)系和CaO-Fe_(2)O_(3)-SiO_(2)系,前者的黏度远低于后者,在液相总量中的占比高于后者。较高氧分压和脉石成分含量促使CaO-Fe_(2)O_(3)-SiO_(2)系液相生成。冷却后的黏结相主要包括赤铁矿、磁铁矿、铁酸钙和硅酸盐等矿物。当氧分压升高时,黏结相中生成的难熔磁铁矿向赤铁矿转化,低熔点的铁酸钙系矿物含量升高,从而促进了高温熔体流动。

关键词：氧分压铁矿粉烧结高温熔体流动行为黏度

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稀疏颗粒流体系统的微极流体模型描述：以顶盖驱动方腔流为例

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力学学报 2024年

作者：王连张永超楚锡华孙洪广河海大学力学与工程科学学院武汉大学土木建筑工程学院

因粒子和流体介质属性不同，稀疏颗粒流体系统常表现出相反的流动增强和减弱行为。为基于一组方程描述稀疏颗粒流体系统相反的流动行为，本文推荐了微极流体模型，并通过对微结构参数（耦合数和无量纲特征长度）的全面分析，尝试给出描... 详细信息

因粒子和流体介质属性不同，稀疏颗粒流体系统常表现出相反的流动增强和减弱行为。为基于一组方程描述稀疏颗粒流体系统相反的流动行为，本文推荐了微极流体模型，并通过对微结构参数（耦合数和无量纲特征长度）的全面分析，尝试给出描述不同流动行为的参数区间。首先，梳理微极流体模型和微结构参数的物理意义，基于OpenFOAM库建立了微极流体控制方程的有限体积离散求解方案，并在一维微极泊肃叶流动中验证了其准确性。随后，基于顶盖驱动方腔流，开展了大范围微结构参数组合下的流体动力学行为计算，分析各微结构参数及其组合对流体速度、微转动、动能以及总能的影响规律。结果表明微极流体模型能够描述稀疏颗粒流体系统呈现的流动增强和减弱行为，且存在一个微结构参数临界区间，当耦合数和无量纲特征长度的乘积N*L小于20.48时，微极流体模型可描述流动减弱现象；当N*L大于28.16时，可描述流动增强现象。微极流体模型较完备的物理参数使得其在描述不同颗粒流体系统行为时更具普适性，有望扩展颗粒流体系统研究的理论基础。

关键词：稀疏颗粒流体系统微极流体模型微结构参数流动行为

多孔介质中弹性颗粒流动行为及动用剩余油机制研究

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多孔介质中弹性颗粒流动行为及动用剩余油机制研究

作者：刘文正长江大学

学位级别：硕士

长期的注水开发使得中高渗老油田进入高含水阶段,存在产量快速衰减,综合含水率持续上升,注入水无效循环等问题,以聚合物为代表的传统化学驱技术提高采收率效果有限,而基于弹性颗粒B-PPG的非均相复合驱是一种行之有效的接替开发技术。本... 详细信息

长期的注水开发使得中高渗老油田进入高含水阶段,存在产量快速衰减,综合含水率持续上升,注入水无效循环等问题,以聚合物为代表的传统化学驱技术提高采收率效果有限,而基于弹性颗粒B-PPG的非均相复合驱是一种行之有效的接替开发技术。本文针对弹性颗粒B-PPG渗流特征尚不明确,与油藏孔喉匹配机制有待研究,使得部分区块注入效果不理想等问题,对弹性颗粒B-PPG在岩心中流动行为进行了研究,重点探究了弹性模量、匹配系数和注入速度对其注入能力和封堵性能的影响,,并从宏观和微观角度,对不同弹性模量B-PPG提高采收率能力进行了研究,探究了B-PPG提高采收率机理。通过理化性质表征测定了B-PPG的弹性模量、溶胀性能,粒径分布特征及增粘能力。结果表明:五种B-PPG弹性模量分布于0.7～44.1Pa之间,具有较好的吸水溶胀能力,溶胀率分布于24.8～27.8之间;#1,#3,#4 B-PPG粒径较小,粒径中值D分布在525～550μm之间。#2和#5 B-PPG粒径较大,D分别为1456μm和1466μm;B-PPG具有一定的增粘性能。通过填砂岩心流动实验,研究了弹性模量、匹配系数和注入速度对B-PPG流动行为的影响。结果表明:综合考虑注入能力和封堵性能,B-PPG的粒径中值(D)在525至550μm范围内时,B-PPG分散体系的合理弹性模量在10.3至42.2Pa范围内。当D为1465μm时,B-PPG分散体系合理弹性模量不能超过44.1Pa;当匹配系数在15.2至32.0之间时,F在40.0～66.1之间,B-PPG可以形成有效封堵;注入速度对B-PPG流动行为具有重要影响,注入速度在0.5～1.5m L·min的范围内时,F为32.1～93.5,F为24.8～66.1,此时B-PPG兼具良好的注入能力和封堵性能。通过填砂岩心驱替实验,从宏观层面对研究了弹性模量和粒径对B-PPG驱油效果的影响。结果表明:采收率增值随B-PPG弹性模量提高而提高,随B-PPG粒径增大而减小;当B-PPG弹性模量分别为0.7Pa和42.2Pa时,“先高弹后低弹”的段塞组合驱替效果优于“先低弹后高弹”;当B-PPG弹性模量分别为10.3Pa和42.2Pa时,“先低弹后高弹”的段塞组合驱替效果优于“先高弹后低弹”。B-PPG可显著提高低渗层吸液比例,有效缓解非均质性。通过微观可视化驱替实验,从微观层面探究了B-PPG扩大波及体积能力。结果显示:弹性模量在0.7～42.2Pa之间的B-PPG提高波及体积能力随弹性模量增大而增大;B-PPG可有效动用垂直于主流线方向的剩余油,可将柱状、簇状、连片状以及膜状剩余油驱替出来。

关键词：弹性颗粒流动行为提高采收率微观机理

轴肩形貌对超薄铝合金μFSW工艺性能及流动行为影响研究

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轴肩形貌对超薄铝合金μFSW工艺性能及流动行为影响研究

作者：刘晓兰州理工大学

学位级别：硕士

随着航空航天、轨道交通、新能源汽车以及电子封装等制造领域逐步走向轻量化发展道路,薄壁结构件在工程应用领域的需求也与日俱增。沉淀硬化型铝合金作为薄壁结构件具有广阔的应用前景,而在使用传统熔焊方式对焊接性较低的铝合金薄壁结... 详细信息

随着航空航天、轨道交通、新能源汽车以及电子封装等制造领域逐步走向轻量化发展道路,薄壁结构件在工程应用领域的需求也与日俱增。沉淀硬化型铝合金作为薄壁结构件具有广阔的应用前景,而在使用传统熔焊方式对焊接性较低的铝合金薄壁结构件焊接时,接头极易出现各类严重缺陷。如何提升铝合金薄壁结构接头成形品质与力学性能成为当下热门的科研议题。微搅拌摩擦焊接(μFSW)作为一种先进的纯机械固相连接方法,被认为是最适合超薄铝合金高效焊接的方法之一。搅拌头作为微搅拌摩擦焊技术的“心脏”,其轴肩形貌对焊接接头的成形和性能起决定性作用。本课题设计并制造了三种轴肩形貌不同的搅拌头对厚度为0.5mm的6061-T6超薄铝合金微搅拌摩擦焊对接工艺展开系统研究。通过改变搅拌头轴肩形貌和焊接工艺参数对接头宏观形貌、微观组织、拉伸性能以及焊接过程中热和力的分析,明确不同轴肩形貌的搅拌头产热机制的差异,进而探索超薄铝合金焊缝横截面塑性金属流动特征并建立流动特征模型,阐明搅拌头轴肩形貌对塑性金属流动行为的影响机理。接头成形宏观观测结果表明,焊缝表面的成形效果受焊接热输入量的显著影响。当主轴转速过慢或焊接速度过快时,焊缝容易产生“沟槽”、“飞边”等缺陷;当主轴转速过快或焊接速度过慢时,焊缝容易产生“焊穿”、“过度软化”等缺陷。轴肩形貌为三渐开线导流槽带针的Ⅰ型搅拌头在工艺窗口内更容易获得表面成形良好的焊缝。接头力学性能测试结果表明,三种不同轴肩形貌搅拌头所得接头硬度分布趋势均呈明显的“W”型,接头硬度随主轴转速上升而增强,随焊接速度加快而提高,轴肩形貌为三渐开线导流槽无针的Ⅱ型搅拌头所得接头硬度最低值和焊核区中心处硬度最高值均高于Ⅰ型和Ⅲ型。轴肩形貌为三渐开线导流槽带针的Ⅰ型搅拌头所得接头的抗拉强度达到241.7MPa,可达母材的82.8%,屈服强度为180.5MPa,断后伸长率为3.8%,其拉伸强度、屈服强度和断后延伸率均对比Ⅱ型、Ⅲ型搅拌头更好,拉伸断口断裂形式主要为韧性断裂。热循环及力的测量与分析结果表明,焊缝处塑性金属要达到软化状态需要更多的热输入量,热源一部分来自轴肩摩擦作用,另一部分来自轴向力和横向力的做功。轴肩形貌为三渐开线导流槽带针的Ⅰ型搅拌头产热潜能最大,其焊缝中心处焊核区热循环温度峰值最高,达到438℃,焊缝外侧热影响区热循环温度峰值也是最高,达到305℃。Ⅰ型搅拌头所得接头焊接连续性和稳定性均优于Ⅱ型、Ⅲ型搅拌头。接头显微组织观察和横截面塑性金属流动行为分析结果表明,焊核区主要发生完全的动态再结晶,再结晶晶粒为细小的等轴晶粒,热机影响发生非完全动态再结晶,细小的再结晶晶粒数量减少,粗大的变形晶粒数量增多。热影响区仅受温度影响形成粗大的变形晶粒。搅拌头轴肩主要驱动焊缝上部分前进侧与后退侧塑性金属流动;搅拌针主要驱动焊缝塑性金属由上到下的流动。轴肩形貌为带针三渐开线导流槽的Ⅰ型搅拌头所得焊缝横截面的流动性比无针三渐开线导流槽的Ⅱ型搅拌头和带针内凹型Ⅲ型搅拌头更为充分和均匀。

关键词：轴肩形貌微搅拌摩擦焊超薄铝合金组织与性能流动行为

气化条件下宁东典型煤灰高温溶融流动行为的研究

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气化条件下宁东典型煤灰高温溶融流动行为的研究

作者：阚浩勇宁夏大学

学位级别：硕士

气流床煤气化技术是现代煤化工中煤炭清洁高效转化的龙头技术,由于采用高温液态排渣方式,气化煤灰的高温熔融和流动特性对于气化炉原料煤的选择与调配,气化炉运行中的挂渣、排渣问题具有重要意义。针对宁东地区典型气化用煤灰的高温熔... 详细信息

气流床煤气化技术是现代煤化工中煤炭清洁高效转化的龙头技术,由于采用高温液态排渣方式,气化煤灰的高温熔融和流动特性对于气化炉原料煤的选择与调配,气化炉运行中的挂渣、排渣问题具有重要意义。针对宁东地区典型气化用煤灰的高温熔融流动特性进行系统地研究,通过灰熔点测定仪、高温粘度计、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X荧光分析仪、拉曼光谱仪及热力学软件FactSage模拟,考察了熔渣成分差异及助熔组分变化对熔渣高温熔化过程和流动行为的作用规律,并探究了煤灰高温熔化过程中固液两相的热力学行为和传质行为,可为工业气化炉的长周期稳定运行提供技术支持。借助SiO2-Al2O3-AAEM（CaO+MgO+Na2O+K2O）拟三元熔融温度等温图,分析了宁东典型气化用煤的高温熔融和流动特性,并利用热力学软件对矿物质转化进行模拟。发现处于黄长石相区的样品流动温度（1152℃）最低,相比原煤灰降低了 40℃。通过考察不同化学参数对煤灰熔融特性和熔化过程中矿物质转化影响趋势,发现透辉石相区具有最小的全液相温度与流动温度差,流动温差不高于50℃,证明“黄长石-钙长石-透辉石”主相区的矿物质熔解规律:液相熔渣生成速率取决于熔化过程中矿物质的类型与相对含量。通过对熔渣粘度的考察,发现位于透辉石相区的一种熔渣具有良好的流动性,理想操作温度区间相比原煤灰下降约200℃,流动活化能仅为300kJ/mol,保留了与原煤灰相近的温度敏感性,临界粘性温度相比煤灰下降100℃。探究了熔渣的硅酸盐网络结构变化的原因并评价了熔渣结晶性。为进一步考察铁元素对熔渣高温特性的影响,提出采用Fe2O3/SiO2评价煤灰熔融流动特性。发现随着Fe2O3/SiO2含量的增加,炉渣的粘度显著降低。临界粘度温度（Tcv）从1309°C降至1226℃。通过滴定分析法发现,液态渣中90%以上的铁离子以Fe2+的形式存在。随着Fe2+含量的增加,熔渣中存在更多简单的离子团,桥氧数低,导致熔渣解聚。此外,通过对炉渣面积曲线和X射线衍射图的分析,高SiO2含量的灰在较低的熔化速度下转变为高粘度的炉渣,这被认为由“软化-熔融”机制控制。高Fe2O3/SiO2的灰在较窄的熔化间隔内可迅速转变为低粘度液体,遵循“熔化-溶解”机制。热力学计算表明,随着Fe2O3/SiO2含量的增加,有利于促进低温共晶的形成。炉渣熔化机理的研究将为炉渣流动特性的调控提供理论支持。

关键词：熔融特性流动行为矿物质转变气流床气化宁东煤

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水平管外高黏流体降膜流动行为数值模拟

水平管外高黏流体降膜流动行为数值模拟

作者：高祥浙江理工大学

学位级别：硕士

流体在重力作用下沿着支撑结构表面向下铺展成膜的降膜流动具有丰富的流体动力学特征,与搅拌式流动相比,降膜流动可以在降低能耗的同时增大气液接触面积、提高气液相间传热传质,这种流动模式在蒸发、浓缩、冷凝、吸收、脱挥、气液反应... 详细信息

流体在重力作用下沿着支撑结构表面向下铺展成膜的降膜流动具有丰富的流体动力学特征,与搅拌式流动相比,降膜流动可以在降低能耗的同时增大气液接触面积、提高气液相间传热传质,这种流动模式在蒸发、浓缩、冷凝、吸收、脱挥、气液反应等领域具有良好的应用前景。以水、有机液体和盐溶液为工质的降膜流动研究在近几十年来获得广泛关注,然而在工质为较高流体黏度的浓溶液涂覆、降膜脱挥等领域相关研究工作较少。当流体黏度较高时降膜流动模式、膜厚分布、成膜面积和表面更新速率等流动行为会显著影响降膜设备的热质传递效率。本文以流动成膜效率高、混合均匀效果好、高效节能的连续水平管件作为降膜支撑结构,研究高黏牛顿流体和假塑性流体在水平管外降膜的流动形态、液膜分布和速度变化规律,以期为适用于高黏流体降膜蒸发器、脱挥器等设备的设计开发提供理论支持,同时也能为高黏流体生产加工技术改进研究提供思路。本文建立了水平管外高黏牛顿流体降膜流动的三维数值模型,研究了水平管外高黏牛顿流体降膜流动行为,并以实验验证了数值模拟结果的可靠性,考察了高黏牛顿流体的降膜流动形态、膜厚分布、膜速变化、低流量下发生的形态转变及其对成膜性能的影响。结果表明高黏牛顿流体在水平管外的降膜流动十分缓慢,其流动形态主要受重力和黏性力的影响,在第一层管外的流动形态会受到进液孔的影响,出现膜速增大,膜厚减小的现象;当周向角小于30°和大于150°时,膜厚最大;在周向角90°左右时膜速最大,然后随周向角的减小或增大,膜速减小;当流量降低到10.8 kg/h时,高黏牛顿流体在第三层水平管外会发生液膜收缩的现象,并且在两股流体结合区域的内部出现了空腔。在分析高黏牛顿流体降膜流动行为的基础上,考察了水平管外假塑性流体的降膜流动行为。研究发现,高黏度的假塑性流体降膜到下层管时会在下层管外形成一层润滑层,由于润滑层的存在,使后续流体沿周向方向快速流动,降膜的流动周期会大大的缩短;管径38 mm时不利于流体在水平管外壁外绕流,减小管径能够增加水平管两侧流体结合,提高成膜性能,有利于降膜流体的表面更新;随着黏度的增加,相邻两股流体接触后形成的帘状流极不稳定,可通过增大进液速度的方式,增大两股流体接触结合的程度。此外,高黏牛顿流体与假塑性流体相比,进行水平管外降膜流动时流体堆积现象较为严重,在首层管上形成的膜厚较大,下层管上两者都存在流体液膜的波动,但牛顿流体波动面积较大,会形成整体性的波动,假塑性流体波动不易集中,常伴随着小股流体出现无规波动。

关键词：水平管高黏流体降膜流动行为数值模拟

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转运系统中煤颗粒流动行为的离散元模拟研究

转运系统中煤颗粒流动行为的离散元模拟研究

作者：纪财源华侨大学

学位级别：硕士

散状物料的运输设备广泛应用于火电厂、港口输送、采矿业等领域,转运系统作为带式运输设备的中转站,在物料运输环节起到了至关重要的作用。然而转运系统设计的不合理伴随着磨损、堵料、皮带跑偏、扬尘等问题的出现。由于物料转运装备体... 详细信息

散状物料的运输设备广泛应用于火电厂、港口输送、采矿业等领域,转运系统作为带式运输设备的中转站,在物料运输环节起到了至关重要的作用。然而转运系统设计的不合理伴随着磨损、堵料、皮带跑偏、扬尘等问题的出现。由于物料转运装备体型庞大,搭建困难,且试验成本高昂费时费力。采用数字化设计方法——计算机数值模拟技术,可解决这一类型问题。本文以干煤料作为实验对象,通过试验测定了物料的密度、静摩擦系数,建立了不规则的颗粒离散元模型及转运系统几何模型。采用Plackett-Burman（PB）试验和单因素试验分析方法,建立了DEM仿真模型,模拟了煤料堆积过程所形成的堆积角,分析了物料的接触参数对堆积角的影响。仿真结果表明影响堆积角的参数主要有煤-煤静摩擦系数、煤-煤动摩擦系数、煤-煤滚动摩擦系数、煤-钢动摩擦系数。运用Box-Behnken Design（BBD）试验设计构建了堆积角与上述4个参数间的回归模型,以试验所获得的堆积角为响应指标,对优化后的回归模型进行求解,得到了最优的参数组合,使得仿真与实验的堆积角及雪崩角非常吻合。通过（PB）试验设计,探究了物料的物性参数、接触参数,皮带的带速对物料流动轨迹的影响,结果表明带速是影响物料抛射轨迹的主要因素。然后通过单因素试验,分析带速与物料卸料轨迹的关系,最终建立了物料流卸料轨迹的数学模型。最后,基于前面所得到得颗粒离散元模型,针对转运系统散料运输过程中易出现管道磨损、堵料的问题,建立了不同结构参数的导流罩及落料管。采用正交实验研究导流罩与落料管结构对落料管的磨损、物料的出口速度、受料传送带冲击强度的影响。通过对模拟结果的分析,获得了最优的落料管、导流罩结构参数组合,所设计的结构能满足低磨损量、高出口速、低冲击强度的要求。

关键词：转运系统流动行为离散元导流罩落料管