顆粒物料下落、反彈和堆積過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

1、顆粒物料在生產(chǎn)操作和生活活動(dòng)中隨處可見(jiàn)，而且是經(jīng)濟(jì)建設(shè)過(guò)程中不可或缺的材料。顆粒物料的存儲(chǔ)、運(yùn)輸及使用等操作過(guò)程經(jīng)常見(jiàn)到顆粒物料自由下落的現(xiàn)象，自由下落的顆粒物料會(huì)逃逸到空氣中，造成局部甚至大面積的環(huán)境污染。粉塵進(jìn)入空氣會(huì)引發(fā)一系列的環(huán)境問(wèn)題，在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的顆粒危害工作人員的身體健康、破壞生產(chǎn)設(shè)備、影響產(chǎn)品質(zhì)量，顆粒物積累到一定濃度還可能引發(fā)塵爆；大量的顆粒物進(jìn)入環(huán)境空氣中造成大范圍的污染，近些年我國(guó)北方城市頻頻出現(xiàn)的霧霾天氣就與顆

2、粒物大量進(jìn)入空氣有關(guān)。顆粒物料自由下落后與壁面接觸反彈過(guò)程會(huì)引起二次揚(yáng)塵，使顆粒揚(yáng)塵的污染面積變大；下落物料對(duì)堆料形成的沖擊也會(huì)引起二次揚(yáng)塵。本論文在前人對(duì)氣固兩相流動(dòng)研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)氣固兩相流動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析，掌握顆粒物料在空氣中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為控制顆粒物料自由下落引起的揚(yáng)塵奠定基礎(chǔ)，并對(duì)顆粒反彈和堆積過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究。
　　本文對(duì)圓球形、均一粒徑的顆粒物料下落過(guò)程、反彈遷移過(guò)程和堆積過(guò)程的研究主要采用數(shù)值模擬的方法，利用

3、基于有限元方法的流體計(jì)算軟件COMSOL Multiphysics5.0。針對(duì)物料下落的不同過(guò)程采用不同的物理模塊來(lái)進(jìn)行計(jì)算，主要用到湍流模塊、流體流動(dòng)粒子追蹤模塊以及動(dòng)網(wǎng)格模塊。在模擬研究中，引入基于曳力方程的流體與顆粒之間的相互作用力，在標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型中采用歐拉—拉格朗日方法研究，實(shí)現(xiàn)了流體相與顆粒相兩相間的雙向耦合，并通過(guò)對(duì)流體速度變化和顆粒速度變化的分析驗(yàn)證了本文雙向耦合模擬氣固兩相流動(dòng)的正確性；本文是運(yùn)用克努森余弦定律和蒙

4、特卡洛方法，進(jìn)行了考慮顆粒與壁面碰撞后動(dòng)量損失的隨機(jī)反彈遷移過(guò)程的模擬；在對(duì)顆粒堆積過(guò)程的研究中提出通過(guò)網(wǎng)格變形來(lái)反映顆粒堆積的過(guò)程，在該方法中通過(guò)引入累加器作為中間變量將與下壁面接觸顆粒的量轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格變形的量，最終通過(guò)網(wǎng)格的變形的形態(tài)反映顆粒堆積后的形態(tài)；同時(shí)觀察了顆粒堆積后對(duì)流場(chǎng)流動(dòng)的影響情況。模擬結(jié)果表明：顆粒粒徑越大、下落高度越高、密度越大對(duì)流體的擾動(dòng)也越大，同時(shí)顆粒群中的顆粒受到流體的影響比單顆粒大而且更加復(fù)雜，并不是顆粒數(shù)目