基于DEM的立式干燥机颗粒流仿真模拟研究

在饲料的生产加工过程中,原物料从初始状态到最终的制成品,此间几乎所有工序都涉及到大量颗粒物料的处理。由于颗粒物料物理力学特性的特殊性和复杂性,迄今为止人们对各个工序流程中颗粒物料工作机理的认识还远未达到指导生产的目标。随着计算机技术迅速发展,将实验研究与计算机仿真模拟技术相结合,对生产过程中的颗粒物料从宏观到微观层面进行整体分析新的研究方式,对相关设备的优化与应用提供了理论依据和参考数据。 离散单元法(DEM)是应用于散体力学研究领域的数值计算方法,可用于分析颗粒系统的运动规律,颗粒单元之间及颗粒与机械装置之间的相互作用。本文以课题组研制的立式干燥机为研究对象,将源于非连续介质力学模型的离散单元法引入到立式干燥机布料过程和干燥单元风速场的研究中。主要研究工作如下： (1)对颗粒饲料的物理力学特性参数进行了测定和分析,为离散元仿真模型提供参数依据。经过试验测定,初始含水率时颗粒饲料平均孔隙率为0.459,实体密度为768.3kg.m-3。颗粒饲料之间的静摩擦系数为0.408,动摩擦系数为0.355；颗粒饲料与钢板之间的静摩擦系数为0.298,动摩擦系数为0.235。颗粒饲料与钢板的碰撞恢复系数为0.34,颗粒饲料之间的碰撞恢复系数为0.27。颗粒饲料的弹性模量为243.95MPa。 (2)基于离散单元法的基本原理,确立颗粒与颗粒、颗粒与边界间的接触模型及接触判断方法,同时利用赫兹接触理论建立接触力学模型。依据课题组研制的立式干燥机布料装置实体尺寸,分别构建旋转布料机构、匀料机构和卸料机构物理模型。通过EDEM离散元软件对颗粒物料在各机构内的运动行为和分布状态进行了仿真模拟试验,并对仿真结果数据进行了分析。最后通过实体样机试验验证了采用离散单元法模拟布料过程的可行性和准确性。 (3)构建立式干燥机干燥单元的网格模型,采用非稳态的欧拉-欧拉耦合模型。根据干燥单元风场实测数据,设定流场计算域的边界条件和参数,通过EDEM在干燥室内分别填铺料层高度为100mm和160mm的颗粒饲料,匹配合适的时间步长对不同料层高度下干燥单元内风速场的变化规律进行模拟。风速场的模拟结果与样机试验测量的结果基本一致,符合实际规律。