[發(fā)明專利]一種模擬預(yù)測(cè)顆粒物料懸浮速度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510316905.4
• 申請(qǐng)日: 2015-06-11
• 公開（公告）號(hào): CN104978452B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賴慶輝;高筱鈞;蘇微;周金華;李瑩瑩;遲琳芯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模擬預(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)

顆粒群懸浮速度的測(cè)定，屬于氣固兩相流問題，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。

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(yàn)臺(tái)來測(cè)量得出，所以有必要開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

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，以用于解決當(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，以及當(dāng)涉及到測(cè)量種子顆粒群時(shí)，其懸浮速度很難通過試驗(yàn)臺(tái)來測(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)而難以準(zhǔn)確測(cè)量的情況，也為懸浮速度流場(chǎng)的分析以及顆粒物料的運(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。

本發(fā)明模擬預(yù)測(cè)顆粒物料懸浮速度的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的：首先通過三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)行錐形筒三維建模，通過測(cè)量得出顆粒物料的物理參數(shù)，將得到的錐形筒三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)模擬過程的時(shí)間步長，在流體力學(xué)軟件中設(shè)置流場(chǎng)模擬過程的時(shí)間步長；通過離散元分析軟件與流體力學(xué)軟件兩個(gè)軟件耦合進(jìn)行顆粒懸浮速度實(shí)驗(yàn)?zāi)M來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；將模擬過程中得出的顆粒物料的速度以及空氣流動(dòng)的速度的信息進(jìn)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(dòng)空氣的浮力作用下處于懸浮狀態(tài)時(shí)，以及此時(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。

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：

Step1、通過三維建模模擬懸浮試驗(yàn)臺(tái)；具體過程為先對(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)行錐形筒三維建模；

Step2、通過測(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)；

Step3、將得到的錐形筒三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；

Step4、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；

Step5、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，以及測(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；

Step6、在離散元分析軟件中設(shè)置顆粒場(chǎng)模擬過程的時(shí)間步長，在流體力學(xué)軟件中設(shè)置流場(chǎng)模擬過程的時(shí)間步長，流場(chǎng)模擬過程的時(shí)間步長為顆粒場(chǎng)模擬過程時(shí)間步長的整數(shù)倍；

Step7、通過離散元分析軟件與流體力學(xué)軟件兩個(gè)軟件耦合進(jìn)行顆粒懸浮速度實(shí)驗(yàn)?zāi)M來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以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；

Step8、將模擬過程中得出的顆粒物料的速度以及空氣流動(dòng)的速度的信息進(jìn)行后處理分析，通過后處理添加速度探針，找出不同時(shí)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(shí)間某一位置的空氣流速；

Step9、通過步驟Step8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)，以及此時(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。

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Step5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)。