[發明專利]一種模擬預測顆粒物料懸浮速度的方法

有效

• 申請號: 201510316905.4
• 申請日: 2015-06-11
• 公開（公告）號: CN104978452B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 賴慶輝;高筱鈞;蘇微;周金華;李瑩瑩;遲琳芯
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉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

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。

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。很多情況下都涉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，所以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

本發明提供了一種模擬預測顆粒物料懸浮速度的方法，以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，以及當涉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以準確測量的情況，也為懸浮速度流場的分析以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。

本發明模擬預測顆粒物料懸浮速度的方法是這樣實現的：首先通過三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三維建模，通過測量得出顆粒物料的物理參數，將得到的錐形筒三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耦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以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，以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。

所述模擬預測顆粒物料懸浮速度的方法的具體步驟如下：

Step1、通過三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三維建模；

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；

Step3、將得到的錐形筒三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；

Step4、將錐形筒模型導入網格劃分軟件中進行網格劃分；

Step5、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，以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；

Step6、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；

Step7、通過離散元分析軟件與流體力學軟件兩個軟件耦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以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；

Step8、將模擬過程中得出的顆粒物料的速度以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以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；

Step9、通過步驟Step8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，以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。

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Step5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。