基于连续数值模拟的筒仓卸载过程中颗粒物压强及其速度场分析

应用基于局部本构理论的连续数值模拟方法,研究出口在底部和侧面的颗粒物在类三维矩形容器内的卸载现象.重点是容器厚度W和出口高度D对颗粒物压强与速度的影响.受力分析和数值模拟结果均表明,距离出口较近区域的颗粒物压强与W及D呈现如下相关性:当D/W足够小时,压强只与D相关;当D/W足够大时,压强只与W相关.且出口在底部和侧面时均有上述结果.模拟结果还显示,当出口在底部时,对于模拟中所有D/W值,出口中心处法向速度只和D相关;当出口在侧面时,颗粒物出口中心处法向速度则与压强变化规律一致.由此可见,出口处的压强并不控制颗粒物的出口法向速度.另外,与出口在侧面相比,出口在底部时,造成流量相关性规律改变的D/W临界值较大,一般实际情况无法满足,因此出口中心处法向速度只与D相关,始终满足Beverloo定律.

障碍物对容器出口处颗粒物堵塞概率影响分析

容器出口处的堵塞是颗粒物质研究中的一个热点和难点问题。实验证实,如果在容器出口处放置障碍物,会大幅度降低颗粒物堵塞概率,但其背后物理机理仍旧不清晰。通过实验获得颗粒物压力等信息较为困难,本文利用离散元软件研究障碍物中心距离出口高度及其几何尺寸对平底筒仓堵塞概率的影响。模拟结果表明当障碍物中心距离出口高度取出口尺寸的两倍时,能明显降低堵塞概率,随着高度升高,堵塞概率趋近于无障碍物时的大小,而障碍物尺寸对堵塞概率无明显影响。为研究该问题的背后物理因素,求解了不同障碍物中心距离出口高度下出口处颗粒物体积分数、竖直方向速度以及接触压强的平均值,结果表明,出口处接触压强是影响堵塞概率的首要因素。该研究将为高温气冷堆出口处设计以及门后立柱等交通流问题提供理论依据。

基于边界打靶法的横向流作用下悬臂梁静态模态函数求解

该文以横向流作用下的单根悬臂梁结构为对象,研究其静态偏折模态形状函数,为后续反应堆内设备一阶梁式振型下附加质量的求解打下基础。首先,采用大挠度非线性方程组进行建模;其次,采用一种边界打靶法来进行上述非线性微分控制方程求解,得到悬臂梁的偏折曲线的数值解,并将数值计算结果和存在解析解的情况下的解析结果进行对比。

基于局部本构理论的三维筒仓卸载问题研究

研究颗粒流的运动规律对核安全学科有重要意义,目前颗粒流的数值模拟方法主要是离散元法,该方法的弊端是计算速度慢。近年来,通过对大量实验和离散元模拟结果进行无量纲分析后,科学家得出了颗粒物质的本构理论,本质上是将颗粒物质看成带有摩擦性质的非牛顿流体。该方法与离散元方法相比能够大大降低运算时间,本文主要研究基于上述本构理论的三维计算在筒仓卸载构型中的适用性。结果表明,出口为矩形情况下,类似二维筒仓(quasi 2D)和二维(2D)筒仓卸载出口流量完全吻合,该三维计算模型得到了验证,且流量满足二维Beverloo关系式。另外,出口为圆形的情况下,流量满足三维Beverloo关系式,证明了该局部本构理论在筒仓卸载三维构型中仍适用。