不同振动模式下颗粒分离行为的数值模拟.PDFVIP

第卷第期 年月 ５９ ４ ２０１０ ４ 物　 理　 学　 报 Ｖｏｌ．５９，Ｎｏ．４，Ａｐｒｉｌ，２０１０ １０００３２９０／ ２０１０／ ５９ ０４ ／２　５８２０７ （） ＡＣＴＡ ＰＨＹＳＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ ２０１０ Ｃｈｉｎ．Ｐｈｙｓ．Ｓｏｃ．  不同振动模式下颗粒分离行为的数值模拟 赵啦啦 刘初升闫俊霞蒋小伟朱艳 　 　 　 　 　 （中国矿业大学机电工程学院，徐州 ） 　 ２２１１１６ （２００９ 年９ 月２０ 日收到；２００９ 年１０ 月２１ 日收到修改稿） 　 　 利用三维离散元法对垂直方向上的直线、圆和椭圆振动模式颗粒分离过程进行了数值模拟研究，对直线振动 时上层大颗粒的波动及圆和椭圆振动时出现的聚集、循环等现象的形成机理进行了分析，并讨论了振动强度对各 振动模式下颗粒分离形态的影响规律． 研究表明，综合运用空隙填充、侧面驱动的颗粒运动和能量非均匀分布三 种机理，并结合颗粒群的速度矢量分布情况能够较好地解释各振动模式下的颗粒分离行为振动强度对圆和椭圆． 振动模式的分离形态具有显著的影响，并在振动强度约为时，各种振动模式均具有良好的颗粒分离效果和稳定 ３ 的颗粒运动状态． 关键词：振动模式，颗粒分离，离散元法，数值模拟 ＰＡＣＣ ４６１０ ６１２０Ｊ ： ， 下的巴西果、反巴西果、聚集等特有现象显然，在． １ 引 言 不同模式的振动激励下，颗粒系统表现出了不同的 分离特征，而目前大部分研究者却忽略了振动模式 颗粒物质是与流体、固体并存于自然界中的一 的影响因此，对颗粒系统进行多种振动模式下的． ［１５］ 种重要物质形态，在外部周期力作用下，颗粒可展 分离行为研究具有重要的理论意义． 现出尺寸分离（ｓｉｚｅ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ）、对流运动 离散元法（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ＤＥＭ）是２０ （ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｍｏｔｉｏｎ）、表面驻波（ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔａｎｄｉｎｇ 世纪７０ 年代发展起来的用于计算散体介质系统力 ｗａｖｅｓ ａｒｃｈｉｎｇ ［］１ ． 学行为的一种数值方法，在岩土工程、采矿工程、矿 ）、拱起（ ）等许多复杂的集体行为 颗粒系统的研究是当前国际上的一个研究热点，具 物加工、物料分选等散体工程技术领域得到了成功 ［２，３］ 的应用，成为目前研究颗粒系统行为的一种有效数 有重要的基础科学意义和工程应用价值 ． ［１６］ 颗粒的尺寸分离由于在基础研究和生产实践 值方法．因此，本文基于三维离散元法对球形颗 中有着重要作用而成为一个重要的研究课题．针对 粒系统在直线、圆和椭圆振动模式下的分离过程进 颗粒系统的分离现象，目前已有的研究大都是在垂 行了数值模拟，并对各振动模式下颗粒分离机理进 直直线振动条件下进行的研究发现，在不同的振． 行了理论分析，为深入理解和进一步完善颗粒分离 动条件下颗粒系统呈现出的巴西果、反巴西果、三 理论提供参考依据． ［４—６］ 明治等多种分离构型 ，并已经注意到了振动模