一種模擬預(yù)測(cè)顆粒物料懸浮速度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種模擬預(yù)測(cè)顆粒物料懸浮速度的方法，屬于氣力輸送、農(nóng)業(yè)機(jī)械、流 化床技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 顆粒群懸浮速度的測(cè)定，屬于氣固兩相流問(wèn)題，氣固兩相流的研究廣泛應(yīng)用于氣 力輸送、農(nóng)業(yè)機(jī)械、流化床等領(lǐng)域，由于顆粒介質(zhì)的特殊性，它區(qū)別于流體和固體，因此對(duì)于 顆粒系統(tǒng)的研究已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，并且具有很重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià) 值。
[0003] 在研究氣力播種、輸送和種子清選時(shí)，運(yùn)用模擬仿真的方法對(duì)顆粒群懸浮速度的 測(cè)量則鮮有研究。而且當(dāng)顆粒體積分?jǐn)?shù)增大后，試驗(yàn)很難測(cè)定此時(shí)的流體流速。很多情況 下都設(shè)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(guò)試驗(yàn)臺(tái)來(lái)測(cè)量得出， 所W有必要開(kāi)展種子顆粒群懸浮速度模擬預(yù)測(cè)方法研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種模擬預(yù)測(cè)顆粒物料懸浮速度的方法，W用于解決當(dāng)顆粒體積分 數(shù)增大后，試驗(yàn)很難測(cè)定此時(shí)的流體流速，W及當(dāng)設(shè)及到測(cè)量種子顆粒群時(shí)，其懸浮速度很 難通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)來(lái)測(cè)量的情況，同時(shí)解決了當(dāng)顆粒物料形狀不規(guī)則，在測(cè)量懸浮速度時(shí)會(huì)出 現(xiàn)上下跳動(dòng)而難W準(zhǔn)確測(cè)量的情況，也為懸浮速度流場(chǎng)的分析W及顆粒物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的 分析提供了一種直觀、有效的方法。此方法能方便的預(yù)測(cè)出試驗(yàn)很難觀測(cè)的不同體積分?jǐn)?shù) 下顆粒物料的懸浮速度，且降低了試驗(yàn)成本。
[0005] 本發(fā)明模擬預(yù)測(cè)顆粒物料懸浮速度的方法是該樣實(shí)現(xiàn)的：首先通過(guò)=維建模模擬 懸浮試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)關(guān)鍵部分錐形筒進(jìn)行尺寸測(cè)量，根據(jù)測(cè)得實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行錐形筒=維 建模，通過(guò)測(cè)量得出顆粒物料的物理參數(shù)，將得到的錐形筒=維模型和顆粒物料的物理參 數(shù)導(dǎo)入離散元分析軟件中，完成顆粒場(chǎng)的建立；將錐形筒模型導(dǎo)入網(wǎng)格劃分軟件中進(jìn)行網(wǎng) 格劃分；將劃分好網(wǎng)格的錐形筒模型導(dǎo)入到流體力學(xué)軟件中，設(shè)置流場(chǎng)邊界條件，完成流場(chǎng) 的建立；在離散元分析軟件中設(shè)置顆粒場(chǎng)模擬過(guò)程的時(shí)間步長(zhǎng)，在流體力學(xué)軟件中設(shè)置流 場(chǎng)模擬過(guò)程的時(shí)間步長(zhǎng)；通過(guò)離散元分析軟件與流體力學(xué)軟件兩個(gè)軟件禪合進(jìn)行顆粒懸浮 速度實(shí)驗(yàn)?zāi)M來(lái)得到懸浮顆粒懸浮狀態(tài)時(shí)的顆粒物料的速度、空氣流動(dòng)的速度；將模擬過(guò) 程中得出的顆粒物料的速度W及空氣流動(dòng)的速度的信息進(jìn)行后處理分析，通過(guò)后處理添加 速度探針，找出顆粒物料在自身的重力和流動(dòng)空氣的浮力作用下處于懸浮狀態(tài)時(shí)，W及此 時(shí)顆粒物料處的空氣流速，那么此時(shí)、此處空氣流速即為顆粒懸浮速度。
[0006] 所述模擬預(yù)測(cè)顆粒物料懸浮速度的方法的具體步驟如下：
[0007]step1、通過(guò)=維建模模擬懸浮試驗(yàn)臺(tái)；具體過(guò)程為先對(duì)試驗(yàn)臺(tái)關(guān)鍵部分錐形筒進(jìn) 行尺寸測(cè)量，根據(jù)測(cè)得實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行錐形筒=維建模；
[000引Step2、通過(guò)測(cè)量得出顆粒物料的物理參數(shù)，包括物料的密度、泊松比、剪切模量、 摩擦系數(shù)；
[0009]Step3、將得到的錐形筒=維模型和顆粒物料的物理參數(shù)導(dǎo)入離散元分析軟件中， 完成顆粒場(chǎng)的建立；
[0010] St巧4、將錐形筒模型導(dǎo)入網(wǎng)格劃分軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分；
[0011] steps、將劃分好網(wǎng)格的錐形筒模型導(dǎo)入到流體力學(xué)軟件中，根據(jù)錐形筒入口、出 口的尺寸，W及測(cè)量懸浮試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)時(shí)的風(fēng)速，設(shè)置流場(chǎng)邊界條件，完成流場(chǎng)的建立；
[0012] steps、在離散元分析軟件中設(shè)置顆粒場(chǎng)模擬過(guò)程的時(shí)間步長(zhǎng)，在流體力學(xué)軟件中 設(shè)置流場(chǎng)模擬過(guò)程的時(shí)間步長(zhǎng)，流場(chǎng)模擬過(guò)程的時(shí)間步長(zhǎng)為顆粒場(chǎng)模擬過(guò)程時(shí)間步長(zhǎng)的整 數(shù)倍；
[0013]Step7、通過(guò)離散元分析軟件與流體力學(xué)軟件兩個(gè)軟件禪合進(jìn)行顆粒懸浮速度實(shí) 驗(yàn)?zāi)M來(lái)得到懸浮顆粒懸浮狀態(tài)時(shí)的顆粒物料的速度、空氣流動(dòng)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(shù)據(jù)，流體力學(xué)軟件提供錐形筒內(nèi)空 氣流動(dòng)的信息，兩個(gè)軟件的信息進(jìn)行時(shí)時(shí)交換；
[0014]steps、將模擬過(guò)程中得出的顆粒物料的速度W及空氣流動(dòng)的速度的信息進(jìn)行后 處理分析，通過(guò)后處理添加速度探針，找出不同時(shí)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(shí)間某一位置的空氣流速；
[0015]Step9、通過(guò)步驟steps中所得的某一時(shí)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(dòng)空氣的浮力作用下處于懸浮狀態(tài)時(shí)，W及此時(shí)顆粒物料處的空氣流速， 那么此時(shí)、此處空氣流速即為顆粒懸浮速度。
[0016] 所述步驟Step4中，對(duì)錐形筒進(jìn)行網(wǎng)格劃分是用于獲取其內(nèi)部流場(chǎng)的信息，便于 提供更加準(zhǔn)確的流場(chǎng)，所述步驟Steps中，采用流體力學(xué)軟件為顆粒懸浮速度模擬試驗(yàn)提 供空氣流場(chǎng)。
[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(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)傳遞給流體力學(xué)軟件，流體力學(xué)軟件根據(jù)此時(shí)的位置信息模擬流場(chǎng) 情況，再將流場(chǎng)信息傳遞到離散元分析軟件中，離散元分析軟件根據(jù)流場(chǎng)信息作用在顆粒 體上，顆粒體在流場(chǎng)力和自身重力的作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，得出顆粒體運(yùn)動(dòng)后瞬間位置信息，再 將此時(shí)位置傳遞到流體力學(xué)軟件中，依次循環(huán)，完成模擬全過(guò)程。
[0018] 本發(fā)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(shù)，采用流體 力學(xué)軟件為懸浮速度模擬試驗(yàn)提供空氣流場(chǎng)（如圖3);
[0019] 所述步驟step?中，所述顆粒懸浮速度實(shí)驗(yàn)?zāi)M時(shí)，將顆粒物料置于懸浮試驗(yàn)臺(tái) 的錐形筒內(nèi)（如圖2)，空氣從錐形筒的下端進(jìn)入，從上端出去，顆粒物料在自身的重力和流 動(dòng)空氣的浮力作用下處于懸浮狀態(tài)（如圖4)，此時(shí)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(fā)明的有益效果是：
[0021] 1、本發(fā)明有效解決因顆粒物料體積分?jǐn)?shù)增大試驗(yàn)很難測(cè)定懸浮速度的情況，方便 的預(yù)測(cè)出試驗(yàn)很難觀測(cè)的不同體積分?jǐn)?shù)下顆粒物料的懸浮速度；
[0022] 2、本發(fā)明有效解決當(dāng)測(cè)量顆粒群時(shí)很難準(zhǔn)確觀測(cè)到顆粒懸浮情況；
[0023] 3、本發(fā)明有效解決當(dāng)顆粒物料形狀不規(guī)則，在測(cè)量懸浮速度時(shí)會(huì)出現(xiàn)上下跳動(dòng)而 難W準(zhǔn)確測(cè)量的情況；
[0024] 4、本發(fā)明為懸浮速度流場(chǎng)的分析W及顆粒物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析提供了一種直 觀、有效的方法；
[0025] 5、本發(fā)明避免了因試驗(yàn)測(cè)量是的顆粒物料失去活性的情況；
[0026] 6、本發(fā)明避免了因需測(cè)量不同品種物料而多次購(gòu)買(mǎi)和反復(fù)試驗(yàn)的麻煩，降低了試 驗(yàn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1表示本發(fā)明的流程圖；
[002引圖2表示模擬顆粒物料在懸浮試驗(yàn)臺(tái)的錐形筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)某一時(shí)刻的圖；
[0029] 圖3表示通過(guò)流體力學(xué)分析軟件得出的流場(chǎng)圖；
[0030] 圖4表示處于懸浮狀態(tài)下不同位置處顆粒物料的運(yùn)動(dòng)速度圖；
[0031] 圖5表示通過(guò)后處理軟件測(cè)得懸浮狀態(tài)下顆粒物料處的空氣流速和顆粒物料自 身的運(yùn)動(dòng)速度圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 實(shí)施例1 ;如圖1-5所示，一種模擬預(yù)測(cè)顆粒物料懸浮速度的方法，首先通過(guò)=維 建模模擬懸浮試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)關(guān)鍵部分錐形筒進(jìn)行尺寸測(cè)量，根據(jù)測(cè)得實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行錐 形筒=維建模，通過(guò)測(cè)量得出顆粒物料的物理參數(shù)，將得到的錐形筒=維模型和顆粒物料 的物理參數(shù)導(dǎo)入離散元分析軟件中，完成顆粒場(chǎng)的建立；將錐形筒模型導(dǎo)入網(wǎng)格劃分軟件 中進(jìn)行網(wǎng)格劃分；將劃分好網(wǎng)格的錐形