基于CFD-DEM方法的柱状颗粒在弯管中输送过程的数值模拟

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1、第17卷第5期Vol.17No.5第5期2011年10月CHINAPOWDERSCIENCEANDTECHNOLOGYOct.2011doi：10.3969/j.issn.1008-5548.2011.05.017基于CFD-DEM方法的柱状颗粒在弯管中输送过程的数值模拟卢洲，刘雪东，潘兵（常州大学机械工程学院，江苏常州213016）摘要：针对物料在气力输送过程中特别是弯管部分易破碎的问题，采用在工业、农业以及物流运输业中，弯管应用非常计算流体力学（CFD）和离散单元法（DEM）耦合模拟弯管内的柱状颗粒广泛。弯管对气-固两相流流动的压降、管壁磨蚀、物气力输送过程，对弯径比k分别

2、为1、2、3、4、6的90°弯管内柱状颗粒料破碎有很大的影响，对于弯管压降、磨损的作用机的运动状态、碰撞特性、破碎原因及相关的力学特性进行研究。结果表[1]理及其应对措施，一直是研究、设计的重点之一。目明：球形颗粒与柱状颗粒在输送过程中遵循基本一致的变化规律，同样外部条件下，柱状颗粒的悬浮速度小于球形颗粒。当k=3时气力输送前对于弯管的研究主要集中在高速输送的数值模拟过程颗粒的破碎率最低。同时，颗粒与管壁的碰撞是造成颗粒破碎的主研究和管壁磨损的实验研究，对于颗粒在弯管中运动要原因。的磨损机理研究较少。关键词：气力输送；柱状颗粒；弯管；数值模拟多年来，对于弯管部分的气-固两相流的

3、研究都中图分类号：TQ022.4文献标志码：A是把颗粒作为球形来处理，原因是非球形颗粒的形状文章编号：1008-5548（2011）05-0065-05非各向同性，处理起来非常复杂。但是实际应用中，很NumericalSimulationofCylindrical多被输送物的形状更加接近于圆柱状，如小麦、催化[2]剂颗粒、包装工业中的碳酸钙等，所以有必要对圆柱ParticlesConveyinginCurvedDucts状颗粒的运动进行研究。UsingCFD-DEMCoupledApproach随着计算机技术的发展，数值模拟在处理粉体技术气-固两相流问题方面的作用越来越明显。特

4、别是·LuZhou，LiuXuedong，PanBing近年来的离散单元法的发展，在处理气-固两相流其（CollegeofMechanicalEngineering，ChangzhouUniversity，流中的固相方面具有其它算法无法比拟的优越性。离散Changzhou213016，China）态单元法的基本思想是把不连续体分离为刚性元素的化Abstract：Fortheparticlebreakageduringthepneumaticconveying，the集合，使各个刚性元素满足运动方程，用时步迭代的研processofcylindricalparticlesconv

5、eyinginthecurvedductswassimulated方法求解各刚性元素的运动方程，继而求得不连续体究·usingCFD-DEMcoupledapproachandtheparticlesmovement，featuresof[3]的整体运动型态。该方法允许单元间的相对运动，不collision，causesofbreakageandrelevantmechanicsfeaturesofcylindrical一定要满足位移连续和变形协调条件，计算速度快，particlesin90°curvedductwerestudiedwhosetheratioofcurvatu

6、reand[4]diameterkwasseparatelyas1，2，3，4，6.Theresultsshowedthatthe所需存储空间小。sphericalparticleshadthesimilarlawasthecylinderparticlesduringthe本文中利用计算流体力学和离散单元法耦合模拟pneumaticconveying，andthesuspendedvelocityofsphericalparticleswas计算不同几何尺寸的弯管内颗粒的运动状态，目的是higheronthesameconditions.Whenkwas3，itcouldca

7、usetheleast准确描述颗粒的运动细节，扩大离散单元法的应用范breakageinthepneumaticconveying.Thecollisionofparticlesandtube畴，为气力输送过程的数值模拟研究提供新的思路。wallcontributedthemosttothecauseoftheparticlebreakage.Keywords：pneumaticconveying；cylindricalparticles；curvedduct；1数学模型和模拟说明numer