基于EDEM-Fluent耦合仿真的射流式挖藕机设计与优化

为解决大面积的浅水藕田地区的莲藕采收机执行部件高压喷头的个数较多,容易出现各喷头间流速差过大的现象,导致莲藕采收率的下降和莲藕品质的参差不齐的问题,对莲藕采收机射流系统执行部件进行优化。喷头作为执行机构的重要组件,其射流的稳定性对莲藕采收的效率以及冲刷效果有着重大的影响。为揭示高压喷头的连接工艺和喷头形状、口径对射流稳定性的影响,基于EDEM-Fluent软件对内部流场进行环境建模以及对执行部件的喷头进行耦合仿真模拟。试验发现:改变喷头的形状增加倒角,调整各喷头出水口直径到恰当的差值对喷头出水稳定性有明显的改观,流速波动标准差由0.164 m/s改变为0.020 m/s;平均挖掘深度由33.50 cm改变为36.07 cm,挖掘深度标准差由1.71 cm改为0.69 cm。

基于EDEM-FLUENT耦合仿真的风沙工况下风力机叶片侵蚀特性研究

风力机叶片在风沙运行环境下易受侵蚀,并对风力机叶片的气动特性造成影响,这不仅会减低风电机组发电效率,还会极大缩减风力机的使用寿命。为此,基于EDEM与FLUENT耦合仿真的方法,模拟了不同砂砾形状(球形、三角形、体形)和不同风沙运行工况(扬沙、沙尘暴、强沙尘暴)下,风沙对风力机叶片的侵蚀磨损。研究结果可以进一步指导了优化风电机组运行控制策略,使风力机在风沙运行工况下,通过改变攻角来减少叶片侵蚀,延长使用寿命,具有较高的工程实践价值。

基于EDEM-Fluent耦合的激光机械钻头井底流场与排屑性能研究

激光机械钻头是一种新型破岩装备,适用于超深层油气资源的开发。在钻进过程中,先利用激光对岩石进行辐射,使得机械钻头能够快速破岩,但同时会产生大量岩屑。若激光机械钻头的排屑性能不佳,则会导致二次钻井以及钻头磨损加剧,而钻头起下钻频繁会严重影响钻井效率。为此,以提高激光机械钻头排屑性能为目标,建立了激光机械钻头三维模型,利用EDEM-Fluent耦合方法对其排屑过程进行了数值模拟;同时,通过对激光机械钻头井底流场的分析,提出了排屑性能指标,并采用正交试验法对其流道倾角、流道直径以及激光通道宽度进行了优化,从而改进了其井底流场和排屑性能。结果表明:优化后激光机械钻头的流道倾角为17°,流道直径为10 mm,激光通道宽度为5 mm;井底低速区面积占比为11.07%,下降了26.19个百分点;井底径向漫流速度为27.93 m/s,提高了61.54%;环空岩屑运移速度为8.97 m/s,提高了46.57%;平均岩屑滞留量减少了46.38%,平均岩屑堆积量减少了59.43%。综上,优化后激光机械钻头的排屑性能得到了有效提升。研究结果可为激光机械钻头水力结构的设计提供数据参考。

基于EDEM-Fluent耦合的“淹没式”水射流冲击土壤仿真

喷水系统是挖藕机重要的组成部分,其结构参数对挖藕效率有很大影响。为了分析挖藕机喷水系统各种关键参数和土壤颗粒直径对土壤冲击效果的影响,提出一种基于EDEM-Fluent的方法。首先,通过Fluent模拟不同喷射角度、不同并排出水管个数条件下的多股水射流冲击土壤上方水层的过程,得到水射流冲击水层后速度衰减、方向变化情况;然后,利用EDEM-Fluent耦合模拟射流冲击不同颗粒直径的土壤的过程。仿真结果表明:随着出水管喷射角度的增大,射流穿过水层后速度减小,最大冲击深度减小;随着并排出水管个数的增多,射流穿过水层后的速度及土壤冲击深度先增长后减小;随着土壤颗粒直径增大,土壤冲击深度先增大后减小;在喷射角度30°、并排出水管个数7、土壤颗粒直径4mm时,对土壤的冲击效果最好。

主轴式滚磨光整加工EDEM-FLUENT耦合仿真模拟分析研究

考虑到主轴式滚磨光整加工实际工况是湿式环境,为实现该环境的下主轴式滚磨光整加工工艺的仿真模拟,首先将滚抛磨块按离散相处理,基于EDEM软件的Hertz-Mindlin模型对主轴式滚磨光整加工工艺进行仿真模拟,分析滚抛磨块运动情况,然后综合考虑滚抛磨块与液体介质的双向耦合作用,采用EDEM-FLUENT的联合仿真,通过欧拉-欧拉法建立滚筒内固液两相流混合模型,探究不同加工环境下滚抛磨块与工件接触速度大小;最后通过实验测试获得滚抛磨块与工件之间的接触力,并与仿真模拟做对比分析,以滚抛磨块与工件之间的接触力为评价指标,探究滚抛磨块对工件的作用规律,验证耦合仿真的有效性,为实际工程应用提供指导。结果表明:滚抛磨块成漩涡状运动轨迹,与工件接触时,运动轨迹发生变化,沿工件滑擦一段距离恢复圆周运动;湿式滚抛磨块速度小于干式情况,且靠近筒壁一侧磨块滑擦速度最大,正对磨块流处速度最小;工件正对磨块流处与滚抛磨块的接触力最大,靠近筒壁一侧次之,靠近筒中心一侧最小;滚筒转速较工件加工位置对于滚抛磨块与工件之间的接触力影响小,正对磨块流处滚抛磨块与工件之间主要发生碰撞作用,工件两侧以滑擦作用为主,验证了EDEM-FLUENT耦合仿真可用于主轴式滚磨光整加工固液两相流模拟,该方法为进一步探究滚抛磨块与复杂形状工件的接触研究提供参考。

基于EDEM-Fluent的荞麦旋风分离清选装置研究

【目的】设计适合荞麦清选的旋风分离清选装置,为提高我国荞麦的机械化收获水平提供支持。【方法】以“西农9979”品种荞麦为试验对象,测定荞麦和籽粒的主要物料特性,采用EDEM-Fluent耦合的仿真方法,对旋风分离筒不同截面的气流速度云图和荞麦籽粒在旋风分离筒内的运动进行分析,并对清选的清洁率和损失率进行仿真。【结果】Fluent仿真分析表明,旋风分离筒轴向气流对称性较好,基本不受入口位置的影响,中心轴处气流速度约为10 m/s,筒壁周围的气流速度约为5 m/s。喂入口位于分离筒上部时,在径向截面处的喂入口气流速度和分离筒内筒壁周围的气流速度相同,可能造成荞麦籽粒的大量损失。EDEM仿真分析表明,旋风分离筒喂入口位于上部、中部和下部时,清洁率分别为99.50%,98.80%和98.28%,损失率分别为8.456%,0.433%和0.260%。根据仿真结果,选择喂入口位于旋风分离筒中部,台架验证试验结果表明,所设计荞麦旋风分离筒的平均清洁率为94.78%,平均损失率为1.67%,可以较好地实现荞麦的分离和清选。【结论】所设计荞麦旋风分离清选装置可以满足荞麦旋风分离清选的需要。

基于EDEM-Fluent耦合仿真的湿性混凝土颗粒气力清扫起动特性研究

路面破碎是道路养护必不可少的环节,气力清扫可有效回收路面破碎后的湿性混凝土碎料。文章利用EDEM-Fluent耦合仿真对气力清扫进行模拟,采用VOF(Volume of Fluid)模型和欧拉-拉格朗日法,通过EDEM建立离散固体,通过Fluent建立连续的气相和自由液面,运用此混合模型模拟湿性混凝土颗粒的气力清扫过程,通过改变喷嘴入射角和喷嘴高度两个因素,进行单因素的EDEM-Fluent的耦合仿真,得到气流速度流场云图、液面变化云图和颗粒的运动情况以及起动情况。经过分析发现:喷嘴入射角对颗粒起动影响较小,相对而言,入射角为10°时颗粒起动最快。喷嘴吹送位置为颗粒中上部位置时,气力清扫的效率最高且固体颗粒运动距离最远。

基于EDEM-Fluent仿真的自旋射流式挖藕机的设计与试验

为解决藕农人工挖藕劳动强度大,效率低,易损伤莲藕的难题,针对现有挖藕设备成本较高,操作过程繁琐,需要一定经验技术才能掌握的缺陷,设计了一种自旋射流式挖藕机。阐述了该机的结构和工作原理,通过离散元法和流体动力学耦合仿真分析了泥土-射流之间的相互作用机理,明确了关键部件喷头的结构参数对试验指标的影响规律,即挖掘深度随着喷射角度30?至60?范围内的增加而减小,随着射流速度10至20 m/s范围内的增加而增加。通过分析仿真射流过程发现,当喷射角度为30?时,会出现泥土回填的情况。台架试验和田间试验表明:自旋射流式挖藕机喷头直径为17 mm,喷射角度30?时,可以以0.2 s的速度前进,完全挖出埋于泥土深度400 mm内的莲藕,莲藕无损伤,且表面无泥土粘结,挖掘幅宽约为1.2 m。该文提出了EDEM-Fluent耦合仿真的运用将有利于莲藕采挖设备的作用机理研究,为莲藕采挖设备的设计与优化提供理论依据。该耦合仿真方法还能应用于江河湖泊清淤、管道清理等其他水力作业领域的研究。

基于EDEM-Fluent耦合模拟高含硫气藏地层硫沉积

溶解在酸性气体中的元素硫会随着地层压力的降低从气体中析出,析出硫微粒的沉积会对地层造成严重伤害。以往对于地层孔隙中硫微粒的沉积与否,主要是通过研究其所受合力情况来判别,忽略了硫微粒的具体形状、碰撞、聚集等因素。因此,针对井筒附近地层发生硫沉积的高含硫气藏,利用EDEM-Fluent耦合方法模拟研究孔隙中硫的沉积规律。研究结果表明:同样大小的微粒,由于存在碰撞、凝聚等作用力,所受合力不同,产生了不同的运动规律;在流动方向上,硫沉积量呈递增趋势;硫微粒在孔隙中的同一位置沉积量,会随着时间的增加逐渐增大;离孔隙壁面越近的硫微粒,沉积越牢固,越不容易被气流带走;硫微粒浓度在纵向从上到下依次增加;随着气体中硫质量分数的增加,硫沉积速率也增大;孔隙突然扩大或缩小,硫沉积呈现出不同的规律。

基于EDEM-Fluent耦合仿真的小麦宽苗带精量电控排种系统设计与试验

为匹配小麦宽苗带播种技术,解决地轮打滑导致播种均匀性差的问题,设计了正负压式小麦宽苗带电控精量排种系统。旋转编码器HN3806-AB-400N实时获取作业机具的前进速度,单片机采用PWM控制方式,通过BLD-300B电机驱动器控制驱动80BL02直流无刷电机。借助EDEM-Fluent耦合仿真分析,统计在15、19、23、27、31 r/min 5个水平下的合格指数、重播指数和漏播指数,15~27 r/min时合格指数≥80%,23~31 r/min时漏播指数变化明显,转速对漏播指数影响较大。通过响应面试验得到较优参数组合:吸种负压-3.5 kPa,排种器转速19 r/min,投种高度180 mm。利用试验进行验证,结果为:重播率9.22%,漏播率10.16%,合格率80.62%,满足相关的技术要求与农艺要求。

搅拌罐内基于EDEM-FLUENT耦合的多相流混合数值模拟

利用EDEM-FLUENT联合仿真,采用VOF(Volume of Fluid)法和欧拉-拉格朗日模型,组成离散固体与连续的液相和气相的混合模型,对搅拌罐内固-液-气三相流动进行数值模拟,探究固体颗粒在搅拌罐内的运动状态和自由液面对其分散的影响.基于FLUENT软件的VOF法对气-液连续相建模,很好地捕捉气液分界面,模型更接近实际工况,直观显示自由液面的变化;基于离散元法使用软件EDEM对固体颗粒进行离散单元建模,通过两软件的联合仿真直观模拟固体颗粒在罐内的位置信息和运动情况,得到的固体颗粒分散情况与利用欧拉法得到的结果一致.

基于EDEM-Fluent耦合的钙果风筛式清选装置仿真与试验

针对钙果收获装置作业后钙果含杂率高的问题,设计了一种钙果风筛式清选装置。运用EDEM-Fluent耦合方法,以风速、振动筛振幅和振动频率为试验因素,钙果的清洁率和损失率为评价指标,对清选过程进行了仿真分析,并依据仿真结果进行台架试验。仿真分析与台架试验表明,随着风速、振动筛振动频率与振幅的增加,钙果清洁率先增大后减小,损失率一直增加。最优工作参数组合为风速10 m∕s、振幅10 mm和振动频率9 Hz,最优工作参数组合条件下的钙果清洁率96.3%,损失率3.4%。研究表明,EDEM-Fluent耦合仿真的运用有助于钙果清选研究,研究结果可为钙果清选装置的设计与优化提供理论依据。

基于EDEM-FLUENT耦合的饲料粉碎机分离装置内颗粒运动分析

基于新型锤片式饲料粉碎机工作状况,对分离装置内物料颗粒在不同运动状态下进行分析。将EDEM-FLUENT耦合的方法用于该分离模型中,通过数值模拟,取得了物料颗粒在分离装置内的运动轨迹。为对分离装置进行研究,文章将分离流道入口处的固相颗粒速度与气相速度设置为相等,然后将物料颗粒的入射角分别设置为30°、45°和60°来进行分析。得到当入口颗粒速度等于气相速度,入射角度为45°时,分离装置的筛分效率最高;之后对模拟结果按入口固相颗粒入射角度为45°,气相入口速度不变,对入口固相颗粒速度小于、大于气相速度时进行分析。结果表明:在气相速度大于物料颗粒运动速度时,气流将对物料颗粒产生推动作用,减少物料颗粒与分离流道内管壁的摩擦,使被粉碎后的物料颗粒能够到达筛网处的数目增加,提高锤片式饲料粉碎机的筛分效率及整机的工作效率。

基于EDEM-Fluent耦合方法的负压筛分堵塞分析

负压泥浆筛筛分不同于常规的泥浆振动筛,筛分过程中固相颗粒堵塞筛网及其对流体流动的影响是影响筛分性能的关键因素,揭示其影响规律对于提高负压筛的筛分性能和稳定性具有指导意义。基于EDEM-Fluent耦合方法,建立了筛分颗粒接触模型模拟气体流动和颗粒的运动,分析了5种气流量、5种颗粒体积分数和5类不同颗粒粒径配比条件下气固两相在筛分过程中的流动状态、静压分布、颗粒堵塞筛网孔眼、颗粒堆积以及气体透筛所需的负压。结果表明,无论颗粒体积分数和颗粒粒径配比如何改变,都存在颗粒堵塞筛网孔眼现象,气体透筛所需的负压受颗粒堆积量的影响很小,主要受筛网孔眼堵塞程度和气流量大小的影响,当筛网面积为150mm^(2),孔径为0.15mm(100目),气流量为4.05L/min,颗粒体积分数为0.35‰~0.55‰时,气体透筛所需的负压为25~33kPa。

喷砂工艺的EDEM-Fluent耦合模拟喷嘴结构参数的研究

目的研究在喷砂工艺过程中,喷嘴的收缩角、喉部半径及扩散角3种结构对出砂平均速度和出砂总量的影响规律及原因。方法利用EDEM-Fluent耦合模型,对喷砂喷嘴内气固两相的运动状态进行模拟,并通过实验验证其正确性。以喷嘴的不同结构大小设置正交表进行仿真实验,运用方差分析法(F检验),分析各因素水平出砂平均速度和出砂总量的变化规律,并利用控制变量法,进一步探究喉部半径对出砂平均速度和出砂总量的影响原因。结果由出砂平均速度方差分析可得,喉部半径的F值为3716.044,收缩角的F值为380.102,出砂平均速度随着喉部半径的增大而快速增大,随着收缩角的增大而减小。由出砂总量方差分析可得,喉部半径的F值为103.695,收缩角的F值为13.101,出砂总量随喉部半径的增大而快速减小,随着收缩角的增大而缓慢增大。当收缩角和扩散角不变的情况下,随着喉部半径增大,喷嘴内负压增大,导致气相流速增大,进而使出砂平均速度增大。随着喉部半径增大到8 mm时,出砂平均速度不再增大,且有略微下降,其峰值为184.65 m/s。在砂粒生成速率相同的情况下,得出喉部半径越大,砂粒速度越大,砂粒在喷嘴内的停留时间越短,收缩段待喷出的砂粒质量越少,且分布状态越稀疏。结论验证了EDEM-Fluent耦合模拟喷嘴内气固两相流场是合理可行的。基于这一仿真模型,得出了出砂平均速度及出砂总量分别与喷嘴不同结构参数之间的关系规律,其中喉部半径对两者的影响最为显著。随着喉部半径越大,出砂平均速度越大,单位时间内在喷嘴出口处统计到的砂粒总量越少。

基于EDEM-FLUENT耦合的ZJ17卷烟机梗签分离数值模拟与试验

为减少ZJ17卷烟机组在生产烟支时的烟丝浪费,降低梗中含丝率,基于计算模型更加准确真实的EDEM-FULENT耦合仿真技术,建立更加接近实物的梗签、烟丝颗粒模型,对ZJ17卷烟机组生产时真空浮选腔的负压分离在不同负压下进行了数值模拟与仿真分析,并以曲靖卷烟厂生产的“云烟(软紫)”品牌烟丝为试验对象进行试验,结果表明:①最佳分离负压为-1.2 KPa,可使梗中含丝率由20.27%降低至1.80%,每台ZJ17卷烟机组每年可节约成品烟丝超过3000 kg;②EDEM-FLUENT耦合仿真技术针对烟草行业同样具有可行性,且较之FLUENT具有更高的准确性。

基于EDEM-Fluent耦合的气流分配式排种器数值模拟与试验

【目的】解决水稻机械直播速度慢、效率低的问题。【方法】采用气流分配式排种器进行水稻直播,优化设计一种由R可调节的喇叭口式内腔与α可变的分流密封盖组成的α-R式气流分配式排种器,利用EDEM-Fluent耦合模块,对气流分配排种过程进行数值模拟;并进行排种性能台架验证试验。【结果】仿真结果显示,α-R组合式分配器中水稻颗粒最高运动速度为5.416 m·s^(-1),且旋涡滞种区域面积也低于传统结构,水稻颗粒在分配器中排出顺畅;R=180 mm、α=20°时,排种均匀性变异系数为24.56%,各行一致性变异系数为3.79%,总排量稳定性变异系数为1.23%,3项指标均为最优。采用3D打印的分配器进行台架试验,结果显示该排种器排种均匀性变异系数为29.17%~30.86%,各行一致性变异系数为4.13%~4.33%,总排量稳定性变异系数为1.4%~1.7%,满足水稻机械直播要求。【结论】多次试验结果稳定,与仿真结果较为接近,说明本次设计的气流分配式排种器满足要求,也表明利用EDEM-Fluent耦合模拟的正确性与可行性。

基于EDEM-Fluent耦合的气爆松土效果仿真分析

为明晰气爆松土作用机理,设计外扩型、外缩型、直口型三种流孔结构,以气爆钻杆为研究对象,通过EDEM-Fluent耦合建立气爆松土仿真模型,对不同气爆压力P和松土作业深度H土壤扰动效果仿真,并进行气爆松土试验。仿真结果表明,直口型流孔土壤扰动效果最佳,当P为0.4 MPa、H为100 mm时,出口气流速度达60 m·s^(-1)、径向扰动范围达785 mm;当H一致时,土壤扰动区域随着P增大而增大;当P一致时,H<200 mm时,土壤扰动区域随H增大而增大;当H>200 mm时,土壤扰动区域随H变化不明显;当H<100 mm时,土壤扰动最大深度与H一致;当H>100 mm时,土壤扰动最大深度大于H;土体抬升高度与H成反比,与P成正比,P持续增大,抬升高度趋于平缓。试验结果表明,气爆使土体产生裂隙并扩散,其拟合曲线为抛物线,与仿真结论一致,试验土体扰动范围与仿真值误差较小,仿真结果合理可靠。研究可为气爆松土工艺参数制定及机具结构设计提供理论依据。

基于EDEM-Fluent耦合计算的喷砂机磨损特性的影响因素研究

为研究颗粒参数及操作条件对喷砂机表面磨损特性的影响,运用EDEM-Fluent软件,采用连续流体介质与固体颗粒离散元耦合计算方法,分别模拟计算了不同颗粒粒径、密度、硬度、初始堆积高度及入口压力下的喷砂机内气固两相流场。通过引入Archard磨损模型,计算得到喷砂机顶盖、圆柱段、锥段及底部管路等部位的磨损量及其规律。结果表明:喷砂机的磨损部位主要集中在罐体入口对面一侧上部、锥体初始段、罐体底部以及出口管路,磨损程度由大到小的顺序为底部管路、锥段、圆柱段、顶盖;随着颗粒粒径、密度、硬度、堆积高度及入口压力的增大,喷砂机的磨损量均呈上升趋势,其中颗粒粒径对磨损量的影响最大,堆积高度和入口压力次之,颗粒密度和硬度的影响相对较小。

基于EDEM-Fluent耦合的风筛式清选装置仿真及分析

为研究振动筛对清选效果的影响,以及寻找最佳工作参数,采用EDEM软件与Fluent软件耦合的方法,对稻米与茎秆在不同振幅、频率、振动方向角下的清选过程进行模拟。通过统计稻米清洁率和损失率,来衡量不同参数下风筛装置的工作性能。结果表明,随着振幅和频率的增加,损失率、清洁率也增大,但增加到一定程度后清洁率会下降;随着振动方向角的增加,损失率和清洁率均会下降。综合考虑,振幅为8mm,频率为9Hz,振动方向角为4°时,得到稻米清洁率为99.73%,损失率为0.03%,为最佳工作参数。所做研究可为谷物清选装置参数优化提供一定参考。