基于离散元的烟丝输送模拟与管道优化研究

摘要

[目的]为提高离散元法对烟丝输送弯管优化设计的准确性和可靠性，建立X-Y-Z三维异形破碎模型，并在此基础上采用气固耦合法（CFD-DEM）对弯管结构进行优化设计。[方法]以烟厂红双喜（硬）烟丝为对象，通过重球跌落试验等测定破碎模型的主要参数。以管道弯曲角度、弯曲半径、进出口长度比为关键试验因素，管道的磨损情况和烟丝颗粒剩余Bond键占比情况为试验指标，分析各因素对烟丝输送成本的影响规律。[结果]管道总磨损量随着弯曲角度及弯曲半径的增大而减小；不同管道进出口长度比的管道磨损程度为1∶1.5<1∶1<1.5∶1。烟丝颗粒剩余Bond键占比随着弯曲角度的增大而增大；随着弯曲半径的增大而先减小后增大；不同管道进出口长度比的烟丝破碎程度为1∶1.5<1∶1<1.5∶1。利用正交试验可得影响烟丝质量的主次因素依次为管道进出口长度比、弯曲半径和弯曲角度，管道最优因素组合为弯曲角度150°、弯曲半径1 500 mm、进出口长度比1∶1.5，此时10 g烟丝颗粒在最优组合的弯管输送的仿真破碎量为1.505%，对弯管最优因素组合进行实际烟丝破碎验证可得实际破碎量为1.333%，相对误差为0.172%。比一般工况下弯管输送烟丝的实际破碎量减少约3.074%，有效降低卷烟输送成本。[结论]优化后的弯管结构降低了气力输送后烟丝的破碎量，研究结果可为管道的合理布置方式、弯管优化设计提供理论基础。

关键词

烟丝 / 离散元 / 破碎模型 / 数值模拟 / 结构优化

基金资助

国家重点研发计划项目（2022YFC2105503）