基于EEPA接触模型的土壤耕作特性模拟及颗粒球型影响分析

采用EEPA(Edinburgh elssto-plastic adhesion)接触模型模拟土壤耕作特性,探究颗粒球型对土壤离散元模型仿真精度及计算效率的影响。测定了室内土槽土壤的静态堆积角、轴向压力、耕作阻力、耕作堆积角等土壤特性参数,确定并优化了单球土槽土壤离散元模型仿真参数。建立土槽土壤-挖掘犁铲离散元耦合仿真模型并进行仿真参数验证,耕作阻力模拟值与实测值误差为1.70%。以13 mm为等效粒径确定了单球、双球、三球、四球等4种土壤颗粒的外形尺寸,采用单球、单球变粒径、双球、三球、四球、多球混合等填充方式建立了6种虚拟土槽,以耕作阻力、耕作堆积角、仿真时间为试验指标开展挖掘犁铲耕作过程仿真试验。试验结果表明:6种虚拟土槽的耕作阻力模拟值与实测值相对误差均小于8%,能够满足耕作阻力模拟要求;耕作堆积角模拟值与实测值相对误差为2.32%~20.32%,单球变粒径、四球、多球混合等虚拟土槽耕作堆积角相对误差均小于10%;单球土槽挖掘犁铲耕作仿真时间约为80.44 min,受土壤颗粒填充数量、接触关系及颗粒球型等因素影响,其他填充条件下仿真时间均有显著增加。综合考虑仿真精度及计算效率,土壤耕作阻力模拟时虚拟土槽宜采用单球颗粒填充方式,耕作堆积角模拟时虚拟土槽宜采用四球或多球混合填充方式建立。该研究为土壤-机具互作离散元仿真的建模,EEPA接触模型的参数选择,颗粒球型及填充方法的确定提供了依据和参考。     

多孔介质模型在管壳式换热器数值模拟中的应用

本文详细讨论了多孔介质模型在管壳式换热器数值模拟中的应用,开发了一套能自动生成多孔介质特性参数的通用程序。该程序主要基于三维交错网格及SIMPLE算法,然后运用该模型,采用改进的κ-ε模型和壁面函数法,对换热器壳侧的湍流流动进行了数值模拟。计算结果与换热器冷态实验结果符合良好,表明该模型和计算方法是切实可行的。     

稻谷颗粒模型离散元接触参数标定与试验

EDEM与FLUENT耦合模拟稻谷清选时,稻谷颗粒参数设置的准确性直接影响仿真结果的可信度。结合稻谷颗粒堆积角的实测试验与仿真试验,标定了稻谷颗粒模型间静摩擦系数、滚动摩擦系数2个主要接触参数。设计了堆积角形成装置,该装置采用坍塌法和注入法同时形成2种堆积角,可以减小非同时形成所引起的测量误差;创建了稻谷颗粒的离散元模型,结合堆积角的实测试验与仿真试验,建立了2个主要接触参数与2种堆积角之间的二元回归方程;以稻谷颗粒2种堆积角的实测结果作为目标值,对回归方程进行数值求解,得到颗粒模型间的静摩擦系数、滚动摩擦系数分别为0.433 6、0.161 5;设计了抛洒试验对标定后的参数进行验证,抛洒长度、宽度和近抛洒端堆积角等特征参数的实测结果与仿真结果的相对误差小于5.7%,这表明颗粒的模拟运动轨迹与实际运动轨迹基本一致,所创建的稻谷颗粒离散元模型及标定得到的接触参数可以为EDEM-FLUENT耦合仿真稻谷清选过程提供参考。     

白萝卜种子颗粒模型离散元接触参数标定与试验

在利用EDEM与FLUENT耦合模拟白萝卜排种器排种过程时,白萝卜种子颗粒参数设置以及模型的选择直接影响仿真结果的可靠性。结合白萝卜种子真实颗粒和仿真堆积试验,标定了不同填充球颗粒半径白萝卜种子模型的2个主要接触参数：白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数和白萝卜种子间静摩擦系数。采用自动填充方式创建了不同填充球颗粒半径白萝卜种子的离散元模型。利用Plackett-Burman试验对物料特性影响参数进行分析,发现白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数、白萝卜种间静摩擦系数对堆积角的影响极显著。结合台架与仿真堆积试验,建立了2个主要接触参数与堆积角的二元回归模型,以白萝卜种子实际堆积角为目标对参数进行寻优,得到不同填充球颗粒半径白萝卜种子模型的白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数和白萝卜种子间静摩擦系数。结合堆积角相对误差率与仿真时间分析最佳球颗粒填充半径,当白萝卜种子离散元填充颗粒半径为0.25 mm时,其仿真精度和仿真时间最优。得到的最佳填充球颗粒模型以及标定的接触参数,为白萝卜种子排种器研究提供一定的参考。     

管道内水合物浆流动的数值模型

考虑水合物浆相间相互作用、粒径分布、固相黏度、最大内相堆积率等基本物性,基于EulerEuler双流体模型,建立描述管道内水合物浆流动的数值模型,并对水合物浆的粒径特性、阻力特性进行分析。结果表明:与Mulhe粒径模型相比,Camargo粒径模型考虑了水合物聚结体间的相互作用,粒径模拟值与实验值更为接近;颗粒动力学模型对水合物浆湍流流动时颗粒间剪切作用的刻画较为准确,但在描述水合物浆层流流动时误差较大,而基于Brinkman方程、Ostwald方程的黏度模型因与水合物体积分数、剪切速率间存在耦合关系,对水合物浆湍流、层流流动阻力特性的预测效果较为理想。建立的数值模型可以为水合物浆安全流动研究及工程应用提供支持。     

羊毛毡类多孔介质水分吸附与保持机理研究的数学建模

根据羊毛毡类多孔材料的结构特点,建立了2种计算毛细管水分吸附高度的数理模型。其中3维正交模型的计算值与实验值吻合较好,模型的计算精度可以满足工程应用的需要。这种建模思想对于分析其他类型多孔介质材料水分吸附与保持问题时也有参考价值。     

高管过度自信与现金股利相关性研究——基于融资约束的视角

针对深海底矿物粗颗粒浆体在提升泵内的流动问题，提出了一种新型粗颗粒-均质浆体两相流动模型．采用流体动力学软件CFX对两级提升泵内的粗颗粒固-液两相湍流进行了数值模拟.计算获得了粗颗粒在提升泵内的流动特征及其泵工作特性的仿真结果，并与两级提升泵的性能试验结果进行对比，两者能较好地吻合，从而验证了该两相流动模型和数值模拟的有效性和准确性.     

喷雾干燥过程的CFD模型

应用气－粒两相汉理论和计算流体力学（CFD）知识，结合喷雾干燥的特点，建立了模拟喷雾干燥室内气体－颗粒两相油流流动的CFD模型。讨论了该类模型的数值求解过程，并结合实际脉动燃烧喷雾干燥过程进行数值模拟，得到了喷雾干燥室内气流的温度、湿度分布图，气体流线图和颗粒相的运动轨迹图。模拟结果表明该CFD模型可用于对喷雾干燥过程的模拟。     

气吸式水稻芽种排种器充种过程的模拟仿真

以气吸式垂直圆盘排种器为研究对象,对气室流场和种子运动过程进行了分析,利用FLUENT软件建立了气吸式水稻芽种排种器充种过程的仿真模型,并对水稻芽种在充种过程中的速度场、压力场和种子的吸附轨迹及种子的吸附速度进行了模拟。结果表明:利用FLUENT软件对气吸式水稻芽种排种器充种过程进行仿真是可行的,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

灌水器流道结构对水力性能影响的数值分析

采用计算软件Fluent,通过将壁面粗糙元抽象为多孔介质的微尺度效应处理方法进行建模,选用realizable k-ε模型,对3种齿形流道的灌水器内流进行数值研究。利用Micro-PIV试验测量结果验证了该模拟方法的可靠性,在多种流动条件下对3种齿形结构灌水器进行数值计算,并进行抗堵性能和水力性能分析。抗堵性分析表明,3种齿形流道在转角内侧都存在回流区,由于其侧均为高速主流而使颗粒沉积缓慢;尖角齿形流道的尖角部位,大部分区域由于具有一定的紊流强度也不易沉积杂质,只有其齿尖和平角齿形流道的左顶角部位易产生颗粒沉积。在水力性能分析中,通过对压力降和流态指数的比较表明,尖角齿形的灌水器在控制和稳定出流方面具有优势。     

多孔介质干燥过程分形孔道网络模型与模拟:Ⅰ.模型建立

目前孔道网络干燥理论中普遍以“人造多孔介质”为孔道网络模拟的研究目标,尚未涉及实际多孔体的应用问题。以农副产品中常见孔隙直径范围(10-7~10-4m)的自然多孔介质为研究对象,运用分形几何学、多孔介质渗流物理和传递过程原理,建立了描述多孔介质干燥过程热质传递的分形孔道网络模型和规则孔道网络模型。模型中考虑了多孔介质孔隙内的液相流动、汽相扩散、温度梯度以及孔道微细结构特征等诸多因素对干燥过程热质传递特性的影响。为了更准确地契合自然多孔介质的孔道网络拓扑结构,应用分形孔道网络替代了通常采用的规则孔道网络。     

外槽轮排肥器排肥离散元仿真及排肥舌参数优化

为通过优化外槽轮排肥器排肥舌结构,以提升其排肥均匀性,利用EDEM建立外槽轮排肥器的离散元仿真模型,对其排肥作业过程进行模拟仿真,通过肥料颗粒运动状态仿真结果验证肥料颗粒流动特性。应用虚拟试验方法,分析排肥舌倒角结构参数变化对肥料颗粒流动特性的影响。结果表明:排肥流量变异系数随着排肥舌倒角的增大而先减小后增大,两者间呈负抛物线型二次函数关系,且在排肥舌倒角弧长与单个凹槽弧长比值为0.85时,外槽轮排肥器排肥质量波动最小,排肥均匀性最佳。验证试验结果表明:配装最优结构排肥舌的外槽轮排肥器排肥流量变异系数最小,具有最佳的排肥均匀性,比传统平端排肥舌排肥流量均匀性提高了49.9%。     

气固两相流管道流动阻力特性数值模拟

为掌握气固两相流的流动阻力特性,利用计算流体动力学软件CFX,对直管段及水平弯管进行气固两相流数值模拟。采用欧拉一拉格朗日法选择数值模拟计算模型,根据模拟对象工况,确定软件模拟条件。通过模拟,对管道系统的特性、操作条件、物料和气体的性质等影响气固两相管流压力损失的主要因素进行了探讨,对连续相速度和压力分布特性以及颗粒运动轨迹进行了分析,得到了气固两相管流的压力场、速度场分布,颗粒在管内的分布情况和运动轨迹,以及不同工况条件下的系统阻力和颗粒沉积量分布规律,并确定了在特定条件下能耗最小的经济流速。研究成果可为气固两相流的工程设计和理论研究提供参考。（图18,表2,参10）。     

压力旋流喷头雾化性能的仿真

为了提高喷雾质量,提高农药的使用效率,用CFD商用软件FLUENT对雾化喷头在农药雾化时的流场进行数值模拟。利用Eulerian—Lagrangian双流体模型来模拟气液两相流动。模拟结果表明：药液雾化形状为中空锥形结构,大部分液滴速度大于1．12m／s;雾化液滴的体积中值直径（NMD）在50～100Mm之间,数量中值直径（NMD）在30～70Mm之间,适用于苗期或者前期的叶片植物农药的喷洒;压差在2．0MPa以下时,雾化均匀度（DR）大于0．67,雾化性能良好,所以此类型喷头选用的喷雾压差应小于2．0MPa。喷头仿真预测了雾化喷头的微粒化性能,为高效低喷量喷雾的研究提供一定的依据。     

多孔介质干燥过程分形孔道网络模型与模拟:Ⅱ.数值模拟与试验验证

为验证笔者建立的自然多孔介质干燥分形孔道网络模型(袁越锦,杨彬彬,焦阳,等.多孔介质干燥过程分形孔道网络模型与模拟:I.模型建立.中国农业大学学报,2007,12(3):65-69)的正确性,采用新鲜土豆切片进行热风对流干燥试验,并对干燥过程进行数值模拟。结果表明:分形孔道网络模型模拟得到的多孔介质内部温度、水分含量的分布与响应较规则孔道网络模型的更接近试验结果;分形孔道网络模型能合理地解释目前常用干燥理论所不能解释的湿斑和不规则干燥前沿等现象;多孔介质的喉径分布对干燥有显著影响,喉径分布不均匀程度越高,干燥时间越长;孔隙分形维数的大小与干燥时间无确定性关系。孔道网络模型考虑了多孔介质孔道细观结构对干燥过程的影响,在预测多孔介质内部水分分布与响应方面更接近真实干燥过程。     

电磁振动排种器排种盘子系统的建模和模态分析

本文采用机械系统动力学自动分析软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS建立电磁振动排种器排种盘子系统的仿真模型,并用 ADAMS/Vibration模块对仿真模型进行模态分析,求出系统的固有频率,并验证了仿真模型的正确性,为后续的排种盘子系统的结构参数优化设计奠定了基础.     

基于含煤粉的煤层气管道管流数值模拟与分析

煤层气开发过程中,微细的颗粒随气流进入集输管网。颗粒的存在使管流形成气固两相流动,影响管路特性。采用模拟软件针对直管段及水平弯管进行气固两相流数值模拟,对管道系统的特性、操作条件和物料性质等影响气固两相流压力损失的主要因素进行了探讨,对连续相速度和压力分布特性以及颗粒运动轨迹进行了分析,得到气固两相流动的压力场、速度场分布,颗粒在管内的分布情况和运动轨迹,以及不同工况条件下的系统阻力和颗粒沉积分布规律,并结合煤层气现场含尘情况进行了数值模拟分析,结果表明：煤层气管道管流属于低浓度气固两相流,与纯气相单相流相比,颗粒弓J起的单位管长压降增幅低于2％。（图7,表1,参12）     

船体藤壶附着模型的建立及清除藤壶的仿真研究

藤壶是中国周边海域一种常见的海洋污损生物,具有黏接强度高、难清除的特点.利用COMSOL Multiphysics软件建立藤壶附着的模型,模拟藤壶附着船体的情况并对其进行力学仿真研究,得到了达到清除效果时藤壶胞外分泌胶体的应力、应变以及应变能等数值模拟数据.本研究表明,当提供的外力(清除力)达到180 N时,该仿真模型中藤壶有被清除的趋势,模拟胞外分泌物(EPS部分)的应力强度约为0.2MN/m2,该胶体的黏性应变能为0.29 J/m3,在该模型中得出的清除藤壶所需力的数据与其他文献发表的实验结果基本相符,该模型可用于后续用强声法清除附着藤壶的仿真研究.     

水稻往复拨叉式排种器设计及其运动过程的离散元法仿真分析

为满足水稻精量穴直播生产需求,以往复式排种器为基础,设计了一种往复拨叉式排种器。介绍了往复拨叉式排种器的工作原理、结构组成及关键部件设计。根据水稻种子的外形尺寸及充种状态概率,设计了5种规格的U型充种型孔;为缩短运种行程,采用了偏心轮传动机构,并设计了刮种装置。借助EDEM离散元法对其进行运动模拟仿真,分析其排种过程并提出改进措施。仿真结果显示:往复拨叉式排种器在充种型孔长、宽、厚分别为10.0、9.0、5.0 mm,拨叉杆往复运行频率为10 Hz运行条件下,稻种粒数为3~6粒的穴数在90%以上,重播指数及漏播指数均小于5%,满足水稻机械化精量穴直播要求。     

输油管道多点泄漏地表温度场数值模拟

以多点泄漏埋地输油管道为研究对象,建立土壤多孔介质中油水两相流动传热耦合模型,基于相似理论对管道泄漏计算区域进行缩放。利用CFD软件Fluent6.3模拟埋地输油管道多点泄漏情况下地表温度场的特征以及多个泄漏点之间的相互影响,结果表明:满足一定条件的对流现象A、B具有传热和流动的相似性;泄漏点轴向距离为3m时,泄漏介质之间的相互影响较大,地表温度场的泄漏区域呈不规则椭圆形;多点泄漏情况下地表温度场分布明显,在模拟条件下3h内地表温差达到10K。