偏心料斗颗粒速度和体积分数分布自相似特性

摘要

基于离散元法对颗粒流在重力驱动下通过偏心料斗出口的流动特性进行了数值模拟分析，分别使用偏心量e（料斗中心与出口中心的距离）和s（料斗左侧墙壁与料斗出口左端之间的距离）表征偏心料斗卸料过程，系统研究了出口偏心位置对出口处颗粒速度和体积分数分布的影响。结果表明，针对不同出口尺寸，采用偏心量e表征卸料过程会导致不同的颗粒流动模式，而采用偏心量s时，卸料过程中颗粒流动模式具有相似性。进一步基于偏心量s的分析表明，颗粒速度和体积分数分布具有自相似特征，其归一化轮廓曲线可以用指数函数描述，指数参数决定曲线轮廓的变化趋势，具有明确的物理意义。结合出口偏心位置与质量流量，提出了矩形偏心料斗的颗粒流量预测公式，通过该公式发现，出口在料斗壁面（s=0）相对其他位置具有较高的卸料速度。在微观尺度下，研究料斗卸料过程中的颗粒动力学特征和物理规律，有助于优化料斗结构和颗粒流动，并精确预测卸料流量。

关键词

农业工程 / 颗粒速度分布 / 体积分数分布 / 颗粒流量预测 / 离散元