匀转速下等质量非球形颗粒运动特性研究*

张浩强，蔡 柳，卢森幸，林彦伯

(河池学院，广西 宜州 546300)

0 引言

研究颗粒物料的流动规律对于矿石筛选、粮食筛分、物料转运以及卸料等作业过程具有重要意义。由于不同种类物料具有不同的性质、颗粒形状、流动特性等，因此，对颗粒物料流动特性的实验研究工作量大、过程繁琐。DEM(Discrete Element Method)是近年来一种被广泛应用于颗粒物料运动特性研究的方法[1,2]。利用其研究颗粒的运动过程，能够从宏观角度观察颗粒的运动状态，并从颗粒速度、能量分布等角度分析引起物料流动状态变化的原因[3]。大量研究表明，利用DEM研究颗粒物料的流动过程具有一定的参考价值。本文基于DEM方法，研究了四种形状颗粒在匀速转动圆筒中的运动特性。

1 DEM方法简介

应用DEM方法进行研究，需要根据所研究的颗粒特性选择不同的计算模型。例如，低粘结度颗粒(沙土、煤块等)适用于Hertze-Mindlin(no-slip)计算模型，含湿物料(黏土)可以考虑采用JKR模型等[4]。为了研究非球形颗粒的运动特点，本文采用Hertze-Mindlin(no-slip)模型，计算非球形颗粒(塑料球)在匀速转动圆筒容器下的流动特性。该计算模型中，颗粒间的法向力为：

(1)

其中：E*为颗粒等效弹性模量；R*为颗粒等效接触半径；α为颗粒间法向重叠量。

法向阻尼力为：

(2)

颗粒间切向力为：

Ft=-Stδ.

(3)

其中：St为颗粒的切向刚度；δ为颗粒间切向位移。

颗粒间切向阻尼力为：

(4)

2 模型建立及仿真分析

2.1 颗粒模型的建立

为了研究不同形状的颗粒在匀转速过程中的运动特性，分别设置了四种形状的塑料颗粒，即球形、直线形、三角形和正方形四种颗粒模样，如图1所示。……