颗粒流数值模拟的现状.pdf

第!卷第!期材"料"与"冶"金"学"报#$%&!’$&!
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颗粒流数值模拟的现状

傅"巍，蔡九菊，董"辉，王爱华，刘汉桥，王连勇，田"红
（东北大学"材料与冶金学院辽宁沈阳//)))*）

摘"要：介绍了颗粒物质与颗粒流的概念以及目前颗粒流数值模拟的现状；按照采用的模型是否连
续，将模型分为：连续介质模型和非连续介质模型两类；着重介绍了非连续介质模型中的离散元法
（H3A）：硬球模型和软球模型-通过颗粒流的数值模拟，可以对料仓、固定床、移动床和流化床
等设备的设计和操作进行优化，因此在工程中具有重要意义-
关键词：颗粒流；数值模拟；颗粒；散体；粉体；流动
中图分类号：IJ)((""文献标识码：K""文章编号：/L1/+LL()（())*）)!+)/1(+)*

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""在自然界中以颗粒状态存在的物质极多-颗否连续进行分类，分别介绍了连续介质模型和非
粒流指的是颗粒物质在外力作用和内部应力状况连续介质模型，并着重介绍了近年来引起广泛关
变化时发生的类似于流体的运动状态［/，(］，如雪注的非连续介质模型中的颗粒离散元的硬球模型
崩、沙丘演化、散态物料输送以及泥石流都属于颗和软球模型-
粒流［!^,］-在工农业生产领域中，如制药、陶瓷、水
泥、煤炭、冶金、食品、能源、化工等领域都会遇到!"颗粒流的数值模拟
颗粒流问题-由于人们至今对颗粒流机理认识不
深，据估计，在相关工业部门，单由输送颗粒材料/10)年，P$=%$4[［1］在达芬奇研究的基础上
遭遇的问题所带来的工业设备利用能力的浪费就提出了大家熟知的关于固体间的古典摩擦定律，
高达*)_，远远达不到优化设计和节能的要即固体间摩擦力正比于彼此间的正压力，并且固
求［L］-鉴于工程应用的迫切需求，而传统的实验体间静摩擦系数大于滑动摩擦系数-而最早揭示
方法不仅实验设备复杂、投资大而且不易控制，因颗粒摩擦应力本构关系的研究始于()世纪,)年
此本文从数值模拟的角度，以采用的模型介质是代，‘5D;$%>［0］通过蜡球在甘油2酒精2水溶液中

"收稿日期：())*+),+(*-
"基金项目：国家自然科学基金（.)(/))(0）-
"作者简介：傅巍（/.1.2），男，辽宁盖县人，硕士研究生；蔡九菊（/.*02），男，辽宁锦县人，东北大学教授，博士生导师，
万方数据3+456%：7899:456%&;<=&<>=&8;-

书
第C期UUUUUUUUUUU傅U巍等：颗粒流数值模拟的现状)BC

的同轴剪切流变仪实验提出了著名的!"#$%&’定出适于岩石力学的离散元法，)*B*年9:$’"&&和
律，认为在高剪切率条件下颗粒的碰撞应力与剪;47"5/又提出适于土力学的离散元法［)CD)E］，并推
切速率成平方