基于CFD_DEM方法的柱状颗粒在弯管中输送过程的数值模拟VIP专享VIP免费

第5期摘要：针对物料在气力输送过程中特别是弯管部分易破碎的问题，采用计算流体力学（CFD）和离散单元法（DEM）耦合模拟弯管内的柱状颗粒气力输送过程，对弯径比k分别为1、2、3、4、6的90°弯管内柱状颗粒的运动状态、碰撞特性、破碎原因及相关的力学特性进行研究。结果表明：球形颗粒与柱状颗粒在输送过程中遵循基本一致的变化规律，同样外部条件下，柱状颗粒的悬浮速度小于球形颗粒。当k=3时气力输送过程颗粒的破碎率最低。同时，颗粒与管壁的碰撞是造成颗粒破碎的主要原因。关键词：气力输送；柱状颗粒；弯管；数值模拟中图分类号：TQ022.4文献标志码：A文章编号：1008-5548（2011）05-0065-05NumericalSimulationofCylindricalParticlesConveyinginCurvedDuctsUsingCFD-DEMCoupledApproachLuZhou，LiuXuedong，PanBing（CollegeofMechanicalEngineering，ChangzhouUniversity，Changzhou213016，China）Abstract：Fortheparticlebreakageduringthepneumaticconveying，theprocessofcylindricalparticlesconveyinginthecurvedductswassimulatedusingCFD-DEMcoupledapproachandtheparticlesmovement，featuresofcollision，causesofbreakageandrelevantmechanicsfeaturesofcylindricalparticlesin90°curvedductwerestudiedwhosetheratioofcurvatureanddiameterkwasseparatelyas1，2，3，4，6.Theresultsshowedthatthesphericalparticleshadthesimilarlawasthecylinderparticlesduringthepneumaticconveying，andthesuspendedvelocityofsphericalparticleswashigheronthesameconditions.Whenkwas3，itcouldcausetheleastbreakageinthepneumaticconveying.Thecollisionofparticlesandtubewallcontributedthemosttothecauseoftheparticlebreakage.Keywords：pneumaticconveying；cylindricalparticles；curvedduct；numericalsimulation在工业、农业以及物流运输业中，弯管应用非常广泛。弯管对气-固两相流流动的压降、管壁磨蚀、物料破碎有很大的影响，对于弯管压降、磨损的作用机理及其应对措施，一直是研究、设计的重点之一[1]。目前对于弯管的研究主要集中在高速输送的数值模拟研究和管壁磨损的实验研究，对于颗粒在弯管中运动的磨损机理研究较少。多年来，对于弯管部分的气-固两相流的研究都是把颗粒作为球形来处理，原因是非球形颗粒的形状非各向同性，处理起来非常复杂。但是实际应用中，很多被输送物的形状更加接近于圆柱状，如小麦、催化剂颗粒、包装工业中的碳酸钙等[2]，所以有必要对圆柱状颗粒的运动进行研究。随着计算机技术的发展，数值模拟在处理粉体技术气-固两相流问题方面的作用越来越明显。特别是近年来的离散单元法的发展，在处理气-固两相流其中的固相方面具有其它算法无法比拟的优越性。离散单元法的基本思想是把不连续体分离为刚性元素的集合，使各个刚性元素满足运动方程，用时步迭代的方法求解各刚性元素的运动方程，继而求得不连续体的整体运动型态[3]。该方法允许单元间的相对运动，不一定要满足位移连续和变形协调条件，计算速度快，所需存储空间小[4]。本文中利用计算流体力学和离散单元法耦合模拟计算不同几何尺寸的弯管内颗粒的运动状态，目的是准确描述颗粒的运动细节，扩大离散单元法的应用范畴，为气力输送过程的数值模拟研究提供新的思路。1数学模型和模拟说明1.1数学模型离散单元法的颗粒模型是将颗粒与颗粒、颗粒与边界的接触采用振动运动方程进行模拟。将颗粒接触过程的振动运动进行法向和切向分解，颗粒接触过程的法向振动运动方程[4]为：m1,2d2undt2+cndundt+Knun=Fn。（1）Vol.17No.5Oct.2011第17卷第5期2011年10月CHINAPOWDERSCIENCEANDTECHNOLOGYdoi：10.3969/j.issn.1008-5548.2011.05.017基于CFD-DEM方法的柱状颗粒在弯管中输送过程的数值模拟卢洲，刘雪东，潘兵（常州大学机械工程学院，江苏常州213016）收稿日期：2011-03-15，修回日期：2011-04-11。第一作者简介：卢洲（1986-），男，硕士研究生，专业方向为化工过程机械、粉体工程技术及应用。E-mail：lzbbc@sina.com。通信作者：刘雪东（1965-），男，教授，从事过程装备结构...