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非球形颗粒碰撞壁面反弹特性的试验及模型

洁净煤技术 2024年第6期30卷 171-179页

作者：岑周涛王景玉赵东强李敏吴玉新清华大学能源与动力工程系北京100084 大唐陕西发电有限公司延安热电厂陕西延安716000

气固分离过程中,颗粒碰撞壁面的反弹行为对颗粒运动及装置的分离效率将产生重要影响。已有研究多针对球形颗粒的碰撞行为,然而实际工业过程中,煤粉、生物质、矿石等颗粒均为非球形颗粒,该类颗粒与壁面碰撞后的反弹行为与球形颗粒存在显... 详细信息

气固分离过程中,颗粒碰撞壁面的反弹行为对颗粒运动及装置的分离效率将产生重要影响。已有研究多针对球形颗粒的碰撞行为,然而实际工业过程中,煤粉、生物质、矿石等颗粒均为非球形颗粒,该类颗粒与壁面碰撞后的反弹行为与球形颗粒存在显著差异。为深入掌握非球形颗粒碰撞壁面的反弹行为,搭建了颗粒壁面碰撞试验装置,采用高速摄像及图像处理方法获得典型非球形颗粒碰撞壁面的基础数据,分析颗粒材质、球形度、壁面粗糙度、撞击角度、撞击速度等关键参数对颗粒-壁面反弹行为的影响。基于颗粒壁面碰撞四参数模型和神经网络模型分别预测了非球形颗粒与壁面的反弹行为的统计和随机分布特性。结果表明各类非球形颗粒与粗糙壁面碰撞的反弹行为存在一致性,说明球形度低于一定数值后,将成为颗粒壁面碰撞反弹行为的主导因素。四参数模型能很好地预测碰撞结果及随机分布特征,而基于试验数据训练的神经网络模型可达到更好的预测效果。

关键词：气固分离非球形颗粒颗粒-壁面碰撞反弹模型碰撞随机分布

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基于DEM-PPM方法非球形颗粒的流动特性

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化工进展 2024年

作者：陈巨辉张谦李丹李魏康陈轲周欢 CHIZHIK Sergey 哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江省海空装备齿轮传动联合实验室

将颗粒形状简化为球形进行模拟会导致模拟与实际情况相差较大，多面体法（Polyhedral Particle Method， PPM）能够提供更准确的几何表示和碰撞检测，基于离散单元法（Discrete Element Method， DEM）耦合PPM法对非球形颗粒建模，结合... 详细信息

将颗粒形状简化为球形进行模拟会导致模拟与实际情况相差较大，多面体法（Polyhedral Particle Method， PPM）能够提供更准确的几何表示和碰撞检测，基于离散单元法（Discrete Element Method， DEM）耦合PPM法对非球形颗粒建模，结合非球形Ganser曳力系数耦合Di Felice曳力模型，采用适用于非球形颗粒的Di Felice-Ganser曳力模型。基于DEM-PPM方法模拟非球形颗粒在鼓泡流化床内的流动并分析其运动特性。对比非球形颗粒与球形颗粒在流化床中的运动过程，得到非球形颗粒和球形颗粒的颗粒数量、颗粒速度及颗粒旋转速度的分布，并计算各时刻的Lacey混合指数。结果表明，圆柱颗粒床层高度大于球形颗粒的床层高度，且圆柱颗粒的旋转速度远高于球形颗粒旋转速度。在球形颗粒的运动过程中，颗粒分布较为均匀，而在圆柱颗粒的运动过程中，颗粒更易于聚集。随着流化床高度的增加，圆柱颗粒的速度和旋转速度逐渐增大。圆柱颗粒在两侧分布较多，且两侧颗粒具有较大的速度与旋转速度。流化床中各层圆柱颗粒数量到达一定数量造成颗粒堆积后，随着颗粒数量的增加，颗粒速度和颗粒旋转速度减小，颗粒所受曳力增大。气泡的产生和破碎会促进圆柱颗粒混合，圆柱颗粒在流化床内混合效果较好。

关键词：多面体法非球形颗粒离散单元法鼓泡流化床数值模拟

非球形颗粒离散元接触模型和方法三十年发展概述

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Acta Mechanica Sinica 2023年第1期39卷 44-84页

作者：冯云田 Zienkiewicz Centre for Computational Engineering Faculty of Science and Engineering Swansea University UK

离散元方法(DEM)自1979年提出以来,在过去四十年中取得了显著的发展.本文旨在选择性地概述离散元方法中非球形颗粒接触模型和计算方法三十年来的主要进展,并更多地关注早期的发展.本综述主要关注接触模型的几何方面,不涉及与材料相关的... 详细信息

离散元方法(DEM)自1979年提出以来,在过去四十年中取得了显著的发展.本文旨在选择性地概述离散元方法中非球形颗粒接触模型和计算方法三十年来的主要进展,并更多地关注早期的发展.本综述主要关注接触模型的几何方面,不涉及与材料相关的物理问题.首先分类描述了非球形颗粒几何形状的各种表示方案,然后对几乎所有非球形颗粒接触模型和方法进行了系统性地梳理和讨论,除概述这些方法和模型的关键思想、主要概念以及原创性的计算方法外,还详细讨论了它们的演变和相互关系.最后还简要评述了每种方法可能存在的问题和未解决的问题,并指出可能的解决方案.

关键词：离散元方法几何形状接触模型非球形颗粒分类描述计算方法原创性发展概述

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典型流化床内非球形颗粒流动行为模拟研究

工程热物理学报 2023年第5期44卷 1283-1289页

作者：任安星夏靖达唐天琪何玉荣哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001 黑龙江省新型储能材料与储能过程研究重点实验室哈尔滨150001

气固流化床在能源、化工、制药、冶金等众多工业领域有着广泛的应用。本文通过耦合计算流体力学和离散单元模型的模拟来评估典型流化床中非球形颗粒的流动行为。结果表明,典型流化床内球形颗粒的旋转颗粒温度分布接近各向同性,非球形颗... 详细信息

气固流化床在能源、化工、制药、冶金等众多工业领域有着广泛的应用。本文通过耦合计算流体力学和离散单元模型的模拟来评估典型流化床中非球形颗粒的流动行为。结果表明,典型流化床内球形颗粒的旋转颗粒温度分布接近各向同性,非球形颗粒的旋转颗粒温度分布呈现明显的各向异性。随着颗粒长径比的增加,颗粒的平动颗粒温度和旋转颗粒温度增大,意味着颗粒平动和旋转速度的脉动加剧。

关键词：气固流化床非球形颗粒离散单元模型各向异性

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非球形颗粒旋风分离特性试验研究

中国石油大学学报（自然科学版） 2016年第3期40卷 143-148页

作者：陈建义李真发刘丰严超宇中国石油大学重质油国家重点实验室北京102249 中国石油大学过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室北京102249

为了考察非球形颗粒的分离特征,采用对比试验的方法,以非球形的硅微粉和球形的粉煤灰为介质,测量其分离特性。结果表明:对于这两种颗粒,分离效率均随入口气速增加先升高后下降,压降随入口气速的增加持续上升,且分离效率和压降均随温度... 详细信息

为了考察非球形颗粒的分离特征,采用对比试验的方法,以非球形的硅微粉和球形的粉煤灰为介质,测量其分离特性。结果表明:对于这两种颗粒,分离效率均随入口气速增加先升高后下降,压降随入口气速的增加持续上升,且分离效率和压降均随温度升高而降低;尽管硅微粉的密度更大、颗粒偏粗,但在相同条件下,其分离效率却比更轻、更细的粉煤灰的低,且压降也更低,原因在于硅微粉所形成的灰层在器壁上"滑动"困难,器壁摩擦损失较大,会削弱旋流强度,导致离心分离能力下降,加上非球形颗粒在离心沉降过程中的绕流阻力更大,故分离效率变得更低。对于压降,虽然器壁摩擦损失增大会导致压降升高,但旋流强度的减弱又使旋转动能耗散减少,压降降低,综合结果是分离硅微粉时压降比分离粉煤灰时的低。

关键词：非球形颗粒旋风分离器分离效率压降

非球形颗粒在移动床中流动特性的离散单元法直接数值模拟

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中国电机工程学报 2010年第23期30卷 78-83页

作者：陶贺金保昇钟文琪东南大学能源与环境学院江苏省南京市210096

采用多元颗粒模型对玉米形颗粒在移动床内的流动进行了离散单元法(discrete elementme thod,DEM)直接数值模拟。玉米形颗粒由4个叠加在一起的球元构成。讨论了玉米形颗粒的碰撞机制及运动过程中的受力情况,主要是碰撞力和重力。通过实... 详细信息

采用多元颗粒模型对玉米形颗粒在移动床内的流动进行了离散单元法(discrete elementme thod,DEM)直接数值模拟。玉米形颗粒由4个叠加在一起的球元构成。讨论了玉米形颗粒的碰撞机制及运动过程中的受力情况,主要是碰撞力和重力。通过实验验证了模型的正确性。研究了移动床内的颗粒流动特性,分析了摩擦系数对壁面所受应力、颗粒空隙率及速度分布的影响。结果表明,摩擦系数越大,卸料所需时间越长,且在2种摩擦系数μ=0.24、0.44下,壁面都会产生过压力现象。空隙率随着摩擦系数的增大而增大;摩擦系数越小,水平方向上的速度分布越均匀,颗粒的流动越接近整体流。

关键词：非球形颗粒移动床离散单元法流动特性

非球形颗粒布朗运动的涨落-格子Boltzmann数值研究

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计算物理 2012年第1期29卷 101-107页

作者：聂德明林建忠中国计量学院计量测试工程学院杭州310018

采用涨落-格子Boltzmann方法对非球形颗粒(二维)的布朗运动进行直接数值模拟.数值结果包括椭圆形、矩形颗粒的速度均方值及速度自相关函数等.研究发现,对于非球形颗粒,其方向性并没有影响能量均分原理的适用性,每个自由度的能量由其速... 详细信息

采用涨落-格子Boltzmann方法对非球形颗粒(二维)的布朗运动进行直接数值模拟.数值结果包括椭圆形、矩形颗粒的速度均方值及速度自相关函数等.研究发现,对于非球形颗粒,其方向性并没有影响能量均分原理的适用性,每个自由度的能量由其速度或角速度的均方值确定,而且计算的颗粒平动温度和转动温度一致.此外,颗粒的速度自相关函数在相对长的时间内以～ct-1的规律衰减,其系数c与颗粒的形状无关.

关键词：布朗运动涨落-格子Boltzmann方法非球形颗粒

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非球形颗粒的阻力系数与升力系数的数值求解

西安交通大学学报 2006年第3期40卷 298-301页

作者：许卫疆车得福徐通模西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

对非球形颗粒在无剪切流中作旋转运动时受到的阻力与升力进行了数值模拟.在50≤Rep≤300和0≤Ω≤2.0条件下(Ω为无量纲速度),研究了拖曳速度、旋转速度和颗粒形状对其阻力系数与升力系数的影响.结果表明:当旋转轴为x轴时,阻力系数随着... 详细信息

对非球形颗粒在无剪切流中作旋转运动时受到的阻力与升力进行了数值模拟.在50≤Rep≤300和0≤Ω≤2.0条件下(Ω为无量纲速度),研究了拖曳速度、旋转速度和颗粒形状对其阻力系数与升力系数的影响.结果表明:当旋转轴为x轴时,阻力系数随着转速的升高而增大,随着颗粒雷诺数的增大而减小,升力系数随着旋转速度和颗粒雷诺数的增大而增大,阻力系数与升力系数与其形状有密切关系,其变化均为非线性的;当旋转轴为y轴时,在Rep=50时,除了a=2b=2c(a、bc、为颗粒的长、宽、高)的情况外,阻力系数总是随着转速的升高而减小,对于Rep>50的情况,阻力系数先增大后减小,在a=b=c的条件下,升力系数随着转速的升高而减小,沿着旋转方向上颗粒长度的增大会使其升力系数增大.

关键词：非球形颗粒旋转速度阻力系数升力系数

基于直接力浸入边界法的非球形颗粒绕流特性数值模拟

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基于直接力浸入边界法的非球形颗粒绕流特性数值模拟

作者：张权武汉科技大学

学位级别：硕士

颗粒多相流数值模拟大多采用球形颗粒来近似实际颗粒。由于球体的各向同性特征,其平动与转动是相互独立的。但对于非各向同性的实际颗粒,其平动与转动是相互耦合的。而椭球体作为最简单的非各向同性几何体,可以更真实地逼近实际颗粒的... 详细信息

颗粒多相流数值模拟大多采用球形颗粒来近似实际颗粒。由于球体的各向同性特征,其平动与转动是相互独立的。但对于非各向同性的实际颗粒,其平动与转动是相互耦合的。而椭球体作为最简单的非各向同性几何体,可以更真实地逼近实际颗粒的运动动力学。本文采用浸入边界法,直接数值模拟不同长径比的椭球颗粒的静态及动态阻力特性。在静态模拟中,考虑静止椭球颗粒在不同来流条件下的阻力,并与经验公式进行对比。而在动态模拟中,则研究单个、两个、以及多颗粒的自由沉降问题。研究结果表明:(1)雷诺数通过影响椭球绕流过程中的摩擦阻力从而对绕流特征进行影响,雷诺数越大,椭球阻力系数越小。但当雷诺数超过一定范围,其影响力将渐渐减小直至消失。径长比会改变椭球的形状从而影响到椭球在绕流过程中的阻力以及尾流,阻力越大,尾流状态也更加紊乱,不同径长比下的椭球对下游的影响范围也会越来越大;(2)低雷诺数下椭球颗粒的沉降较为稳定,椭球的取向在沉降过程中几乎不会发生变化。椭球的沉降也会发生于球形颗粒一样的DKT(Drafting、Kissing、Tumbling)现象,即加速牵引靠近、减速分离,但不会在沉降过程中重复进行,而是在水平面分离后继续各自的沉降过程。当椭球的数目增多,下方椭球尾流的影响会改变稳定的沉降状态,但椭球的取向仅在一定范围进行摆动,不会发生翻转。

关键词：非球形颗粒颗粒两相流直接力浸入边界法绕流特性沉降特性