一種模擬預測顆粒物料懸浮速度的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種模擬預測顆粒物料懸浮速度的方法，屬于氣力輸送、農業機械、流 化床技術領域。
【背景技術】
[0002] 顆粒群懸浮速度的測定，屬于氣固兩相流問題，氣固兩相流的研究廣泛應用于氣 力輸送、農業機械、流化床等領域，由于顆粒介質的特殊性，它區別于流體和固體，因此對于 顆粒系統的研究已成為當前國內外研究的熱點，并且具有很重要的科學意義和工程應用價 值。
[0003] 在研究氣力播種、輸送和種子清選時，運用模擬仿真的方法對顆粒群懸浮速度的 測量則鮮有研究。而且當顆粒體積分數增大后，試驗很難測定此時的流體流速。很多情況 下都設及到種子顆粒群的懸浮速度，而且顆粒群的懸浮速度很難通過試驗臺來測量得出， 所W有必要開展種子顆粒群懸浮速度模擬預測方法研究。
【發明內容】
[0004] 本發明提供了一種模擬預測顆粒物料懸浮速度的方法，W用于解決當顆粒體積分 數增大后，試驗很難測定此時的流體流速，W及當設及到測量種子顆粒群時，其懸浮速度很 難通過試驗臺來測量的情況，同時解決了當顆粒物料形狀不規則，在測量懸浮速度時會出 現上下跳動而難W準確測量的情況，也為懸浮速度流場的分析W及顆粒物料的運動規律的 分析提供了一種直觀、有效的方法。此方法能方便的預測出試驗很難觀測的不同體積分數 下顆粒物料的懸浮速度，且降低了試驗成本。
[0005] 本發明模擬預測顆粒物料懸浮速度的方法是該樣實現的：首先通過=維建模模擬 懸浮試驗臺，對試驗臺關鍵部分錐形筒進行尺寸測量，根據測得實際數據進行錐形筒=維 建模，通過測量得出顆粒物料的物理參數，將得到的錐形筒=維模型和顆粒物料的物理參 數導入離散元分析軟件中，完成顆粒場的建立；將錐形筒模型導入網格劃分軟件中進行網 格劃分；將劃分好網格的錐形筒模型導入到流體力學軟件中，設置流場邊界條件，完成流場 的建立；在離散元分析軟件中設置顆粒場模擬過程的時間步長，在流體力學軟件中設置流 場模擬過程的時間步長；通過離散元分析軟件與流體力學軟件兩個軟件禪合進行顆粒懸浮 速度實驗模擬來得到懸浮顆粒懸浮狀態時的顆粒物料的速度、空氣流動的速度；將模擬過 程中得出的顆粒物料的速度W及空氣流動的速度的信息進行后處理分析，通過后處理添加 速度探針，找出顆粒物料在自身的重力和流動空氣的浮力作用下處于懸浮狀態時，W及此 時顆粒物料處的空氣流速，那么此時、此處空氣流速即為顆粒懸浮速度。
[0006] 所述模擬預測顆粒物料懸浮速度的方法的具體步驟如下：
[0007]step1、通過=維建模模擬懸浮試驗臺；具體過程為先對試驗臺關鍵部分錐形筒進 行尺寸測量，根據測得實際數據進行錐形筒=維建模；
[000引Step2、通過測量得出顆粒物料的物理參數，包括物料的密度、泊松比、剪切模量、 摩擦系數；
[0009]Step3、將得到的錐形筒=維模型和顆粒物料的物理參數導入離散元分析軟件中， 完成顆粒場的建立；
[0010] St巧4、將錐形筒模型導入網格劃分軟件中進行網格劃分；
[0011] steps、將劃分好網格的錐形筒模型導入到流體力學軟件中，根據錐形筒入口、出 口的尺寸，W及測量懸浮試驗臺試驗時的風速，設置流場邊界條件，完成流場的建立；
[0012] steps、在離散元分析軟件中設置顆粒場模擬過程的時間步長，在流體力學軟件中 設置流場模擬過程的時間步長，流場模擬過程的時間步長為顆粒場模擬過程時間步長的整 數倍；
[0013]Step7、通過離散元分析軟件與流體力學軟件兩個軟件禪合進行顆粒懸浮速度實 驗模擬來得到懸浮顆粒懸浮狀態時的顆粒物料的速度、空氣流動的速度；其中，離散元分析 軟件提供顆粒物料之間的接觸力W及位置信息的位置數據，流體力學軟件提供錐形筒內空 氣流動的信息，兩個軟件的信息進行時時交換；
[0014]steps、將模擬過程中得出的顆粒物料的速度W及空氣流動的速度的信息進行后 處理分析，通過后處理添加速度探針，找出不同時刻顆粒的速度W及顆粒物料處的空氣流 速，即可得出某一時間某一位置的空氣流速；
[0015]Step9、通過步驟steps中所得的某一時間某一位置的空氣流速，找出顆粒物料在 自身的重力和流動空氣的浮力作用下處于懸浮狀態時，W及此時顆粒物料處的空氣流速， 那么此時、此處空氣流速即為顆粒懸浮速度。
[0016] 所述步驟Step4中，對錐形筒進行網格劃分是用于獲取其內部流場的信息，便于 提供更加準確的流場，所述步驟Steps中，采用流體力學軟件為顆粒懸浮速度模擬試驗提 供空氣流場。
[0017] 所述步驟step?中，離散元分析軟件提供顆粒物料之間的接觸力W及位置信息的 位置數據，并將此數據傳遞給流體力學軟件，流體力學軟件根據此時的位置信息模擬流場 情況，再將流場信息傳遞到離散元分析軟件中，離散元分析軟件根據流場信息作用在顆粒 體上，顆粒體在流場力和自身重力的作用下產生運動，得出顆粒體運動后瞬間位置信息，再 將此時位置傳遞到流體力學軟件中，依次循環，完成模擬全過程。
[0018] 本發明利用離散元分析軟件模擬顆粒物料的幾何尺寸和基本物料參數，采用流體 力學軟件為懸浮速度模擬試驗提供空氣流場（如圖3);
[0019] 所述步驟step?中，所述顆粒懸浮速度實驗模擬時，將顆粒物料置于懸浮試驗臺 的錐形筒內（如圖2)，空氣從錐形筒的下端進入，從上端出去，顆粒物料在自身的重力和流 動空氣的浮力作用下處于懸浮狀態（如圖4)，此時的顆粒物料處的空氣流速即為顆粒物料 的懸浮速度（如圖5)。
[0020] 本發明的有益效果是：
[0021] 1、本發明有效解決因顆粒物料體積分數增大試驗很難測定懸浮速度的情況，方便 的預測出試驗很難觀測的不同體積分數下顆粒物料的懸浮速度；
[0022] 2、本發明有效解決當測量顆粒群時很難準確觀測到顆粒懸浮情況；
[0023] 3、本發明有效解決當顆粒物料形狀不規則，在測量懸浮速度時會出現上下跳動而 難W準確測量的情況；
[0024] 4、本發明為懸浮速度流場的分析W及顆粒物料的運動規律的分析提供了一種直 觀、有效的方法；
[0025] 5、本發明避免了因試驗測量是的顆粒物料失去活性的情況；
[0026] 6、本發明避免了因需測量不同品種物料而多次購買和反復試驗的麻煩，降低了試 驗成本。
【附圖說明】
[0027] 圖1表示本發明的流程圖；
[002引圖2表示模擬顆粒物料在懸浮試驗臺的錐形筒內運動某一時刻的圖；
[0029] 圖3表示通過流體力學分析軟件得出的流場圖；
[0030] 圖4表示處于懸浮狀態下不同位置處顆粒物料的運動速度圖；
[0031] 圖5表示通過后處理軟件測得懸浮狀態下顆粒物料處的空氣流速和顆粒物料自 身的運動速度圖。
【具體實施方式】
[0032] 實施例1 ;如圖1-5所示，一種模擬預測顆粒物料懸浮速度的方法，首先通過=維 建模模擬懸浮試驗臺，對試驗臺關鍵部分錐形筒進行尺寸測量，根據測得實際數據進行錐 形筒=維建模，通過測量得出顆粒物料的物理參數，將得到的錐形筒=維模型和顆粒物料 的物理參數導入離散元分析軟件中，完成顆粒場的建立；將錐形筒模型導入網格劃分軟件 中進行網格劃分；將劃分好網格的錐形