傳統(tǒng)PFC模擬卸糧均采用單一ball單元模型,不能準確反映小麥等不規(guī)則糧食卸糧過程中的宏細觀力學機理。本研究建立了由clump單元和ball單元組成的改進顆粒簇單元,以室內(nèi)卸糧物理模型試驗為基礎(chǔ)進行數(shù)值計算,并和傳統(tǒng)模型的模擬結(jié)果進行對比分析。研究表明:（1）在宏觀倉壁壓力方面,改進顆粒簇單元模擬所得結(jié)果與傳統(tǒng)ball模型相比,誤差降低了17.9%;（2）在顆粒細觀結(jié)構(gòu)方面,改進模型的顆粒堆積孔隙率下降了3.07%,而配位數(shù)增大了27%,模擬誤差降低了3.12%;（3）改進模型接觸力數(shù)量增加了96.3%,接觸力鏈分布更均勻密集,能清晰反映瞬時拱此消彼長的動態(tài)變化。本研究建立的改進顆粒簇單元提高了模擬的準確度,能客觀反映卸糧過程的側(cè)壓力、顆粒結(jié)構(gòu)、細觀力學參數(shù)動態(tài)變化。 

【文章來源】：中國糧油學報. 2019,34(10)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

改進顆粒簇單元示意圖

單元顆粒的夾角α為0。vc→a=v→?a+w?→a×r?→a(9)vc?→b=w?→b×r→?w(10)dv?→c=v→?a+(w?→a×r?→a－w?→b×r→?w)(11)相對速度在法向和切向的分量為:dv?→n=dv?→cn→=v→?an→－w?→a×r?→a·sinα+w?→b×r→?w(12)dv?→t=dv?→ct→=v?→at→－w?→a×r?→a·cosα(13)圖3clump單元和墻體之間接觸2.3力和位移定律對于顆粒和墻體，法向切向的速度分量都造成了相應方向的位移，根據(jù)上述方式所計算出的速度分量，可以得到一個時間段變化的位移分量為Δr，根據(jù)力－位移定律［16，17］可以得到單位時間內(nèi)力的變化量。ΔF?→n=knΔr?→n=dv?→nΔt(14)ΔF?→t=ktΔr?→t=dv?→tΔt(15)由此易得顆粒的運動方程:∑F=m?→dvdt=m→?dr2d2t(16)∑M→=I?→dwdt=Id?→θ2d2t(17)式中:I為顆粒的慣性矩，∑F為顆粒體所受的合力。在運算的每個微小時段，細觀參數(shù)都在發(fā)生改變。以顆粒A為例，力在一個微小時段的更新為:Fn(t+Δt????→)=Fn(t???→)+ΔFn(t???→)(18)Ft(t+Δt????→)=Ft(t?→)+ΔFt(t???→)(19)07

純觶??栽詒狙芯恐脅捎靡恢中?的裝料方法，即在顆粒單元下落過程中不設(shè)置顆粒間的摩擦力，待分層裝料完成后，用ballproperty(clumpproperty)命令賦予顆粒體摩擦系數(shù)，再迭代一定時步達到穩(wěn)定。單一ball單元模型裝載完成后共含有23000個ball單元，堆料高度為0.994m。改進顆粒簇模型裝載完成后含有24676個clump單元，2382個小型ball單元堆料高度為1.013m。兩模型規(guī)模相近。選取左側(cè)點位將模擬所得靜態(tài)儲糧側(cè)壓力結(jié)果與室內(nèi)物理模型試驗的靜態(tài)儲糧側(cè)壓力結(jié)果對比(下圖5)，結(jié)果表示數(shù)值相差不大，而整體趨勢比較契合，可以驗證此模擬試驗的真實性。圖5靜態(tài)裝載下倉壁側(cè)壓力值4.4卸糧動態(tài)側(cè)壓力模擬對比結(jié)果考慮到上部監(jiān)測點側(cè)壓力波動幅度較小且在卸糧開始一段時間后就進入零壓力區(qū)而導致不利于觀測的問題，選定1、3、5三個監(jiān)測點進行卸糧動態(tài)側(cè)壓力的數(shù)據(jù)分析。改進后模型和原單一ball模型在自由卸糧過程中的倉壁動態(tài)側(cè)壓力如下圖6、圖7所示。由圖可以發(fā)現(xiàn)，在改進前后模型中，動態(tài)側(cè)壓力均遵循隨著深度的降低而減小的原則［21］，改進后模型迭代1080萬步后糧食卸空，對應物理時間為31.4s，原模型迭代450萬步卸空，對應物理時間為29.1s，改進模型的卸糧過程所迭代的步數(shù)較多說明卸糧經(jīng)歷時間比較長，出流相對比較滯澀。圖6ball單元模型動態(tài)側(cè)壓力模擬結(jié)果圖7改進顆粒簇模型的動態(tài)側(cè)壓力模擬結(jié)果取1號監(jiān)測點為例進行分析，如圖8所示，從卸料開始到結(jié)束，原模型和改進顆粒簇模型以及室內(nèi)試驗結(jié)果的側(cè)壓力變化趨勢對比。經(jīng)過對比可以發(fā)現(xiàn)，改進前后模型相較試驗結(jié)果雖然波動都比較劇烈，但

【參考文獻】：
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本文編號：3615209