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基于DEM的螺旋输送机混凝土流动性研究
摘要：
本研究采用DEM方法，对螺旋输送机中混凝土的流动性进行数值模拟研究，分析了螺旋输送机中混凝土的流动规律和影响因素。通过分析模拟结果，提出了一些改善混凝土流动性能的建议。
关键词：DEM、螺旋输送机、混凝土、流动性、数值模拟
1.引言
螺旋输送机是一种常见的用于输送物料的机械设备。螺旋输送机的出现，对于解决物料输送的问题，具有了重要的意义。而混凝土作为一种重要的建筑材料，其生产、储存和运输环节都需要采用输送设备来进行。因此，研究螺旋输送机中混凝土的流动规律及其影响因素是非常有意义的。
混凝土具有黏性，塑性和流动性等特点，混凝土在螺旋输送机中的流动受多种因素影响，如混凝土颗粒间的相互作用、混凝土与机壳的摩擦、混凝土的坍落度等等。基于DEM方法，能够对混凝土的流动进行模拟，揭示混凝土的流动规律及其影响因素。
2.理论分析
2.1螺旋输送机
螺旋输送机通常由螺旋叶片、输送口、机壳等部分组成。在输送物料过程中，螺旋叶片的旋转使得物料沿着螺旋叶片的方向进行输送。正因为螺旋输送机具有连续输送、密封性好、不易堵塞等优点，被广泛运用于各种工业部门。
2.2DEM
离散元法（DEM）是一种数值模拟方法，通过对颗粒间的相互作用进行建模，模拟物料的颗粒运动。DEM模拟要求颗粒要足够小，能够忽略颗粒内部的运动，同时需要考虑颗粒与共振平面等表面的相互作用。
2.3DEM方法在混凝土流动性研究中的应用
DEM方法已经被广泛应用于粉体物料、颗粒、球等领域的运动学研究中。近年来，研究者们也开始尝试将DEM方法应用于混凝土的模拟。DEM方法不仅能够模拟混凝土颗粒运动的受力情况，而且还能够考虑混凝土的流变性质，更好地研究混凝土的流动性。
3.数值模拟
3.1模型建立
本研究采用EDEM软件对螺旋输送机中的混凝土流动进行数值模拟。以3个角度不同的螺旋叶片为基础建立螺旋输送机的模型，模型中混凝土的颗粒呈球状分布。引入正交混合设计，采用4个混凝土颗粒粒径（d）和3个螺旋叶片的转速（w），对混凝土流量（Q）和混凝土输送效率（η）进行多因素分析。
3.2模拟参数
1）混凝土的物理参数：
密度ρ=2400kg/m^3
独秀系数μ=0.5
杨氏模量E=26.8GPa
泊松比ν=0.2
2）水的物理参数：
密度ρ=1000kg/m^3
独秀系数μ=0.001
粘度η=0.001Pa·s
3）模拟参数：
模拟时间t=3秒
混凝土总颗粒数N=4000
4）螺旋输送机参数
螺旋叶片角度α=24°
螺旋叶片宽度b=50mm
螺旋叶片间距s=50mm
3.3模拟结果分析
模拟结果表明，混凝土颗粒在输送过程中存在堆积和滑动现象。混凝土和螺旋叶片之间的摩擦力影响混凝土的输送效率。同时，混凝土颗粒的塑性变形也会影响混凝土的流动性能。
多因素分析表明，混凝土粒径是影响流量和效率的主要因素，其次是螺旋叶片的转速。在模拟结束时，混凝土的颗粒平均速度约为0.37m/s，输送效率约为47%。
4.结论
本研究采用DEM方法，对螺旋输送机中混凝土的流动性进行数值模拟研究。通过分析模拟结果，得出以下结论：
1）混凝土颗粒的粒径和螺旋叶片的转速是影响流量和效率的主要因素；
2）混凝土颗粒之间的摩擦力、混凝土颗粒的塑性变形和颗粒堆积等因素也对混凝土的流动性产生重要影响；
3）提高混凝土流动性能的方法有优化螺旋叶片设计、增加混凝土颗粒的坍落度等。
本研究对螺旋输送机中混凝土流动性的研究有重要的参考价值，特别是能够通过数值模拟揭示出混凝土流动性的各种规律和影响因素，更好地为混凝土输送设备的设计和制造提供参考依据。