地下仓粮堆通风温度场数值模拟研究

为了解地下仓通风对粮堆温度场变化的影响,对筒仓直径25 m、仓高20.1 m的地下仓粮堆进行了288 h通风工况下的温度场数值模拟研究。该模型以实际地下仓为背景,基于多物理场数值模拟软件COMSOL,通过调整内置质量守恒方程、能量守恒方程和动量守恒方程,分析不同入口边界压力和温度下地下仓温度场的变化情况。结果表明：在对地下仓通风288 h条件下,竖向通风比横向通风降温更快;提高边界入口压力(由300 Pa提高至400 Pa)时,横向通风和竖向通风粮堆均温都有效下降;在降低入口边界温度(由17 ℃降至13 ℃)时,相同时间的降温效果都得到明显改善,竖向通风过程的整体粮堆温度下降较快,在通风288 h后,仓内温度趋于平稳。     

适用于柔性圆筒仓的修正的Janssen公式

考虑到筒仓仓壁和贮料的可变形性，导出了适用于柔性筒仓的修正的Janssen公式，并提出了刚度比α（≡EsR／Est）的概念。新的公式表明，刚度比α对仓壁压力分布有影响，当α＜0．1时影响较小，α≥0．1时影响比较显著；对于柔性筒仓，压力比随深度变化，当α＞0．1时随着深度增大压力比有较大幅度的减小。只有仓壁为刚性时压力比才是常数。     

浅圆仓压入式和吸出式通风效果对比研究

基于CFD数值模拟技术,对浅圆仓储粮不同通风方式降温下温度的数值模拟结果进行了分析,对比了通风降温的效果。文章研究的粮种为不易储藏的大豆,数值模拟了压入式通风和吸出式通风方式下,粮堆内温度分布及速度分布的变化规律,对比四种通风条件下粮堆内部的温度变化,分析了其均匀性及降温速率。研究发现四种通风方式下浅圆仓粮堆区域的通风效果接近,通风均匀性较好;但吸出式(中心集风管顶部密闭)通风时,降温速率更高,粮温均匀性更好,研究结果对浅圆仓仓储大豆通风降温方式的选择提供了理论指导和依据。     

求解矩形浅仓主动仓壁压力分布的滑移线法

矩形浅筒仓贮料顶面坡角对仓壁压力分布有影响，应用滑移法研究了顶面坡角为０（水平）至最大（自然休止角）的不同情况下主动压力的分布情况，并与目前常用的一些计算公式如Ｊａｎｓｅｅｎ公式和Ｃｏｕｌｏｍｂ公式的计算结果进行了比较。     

谷物气流清选系统的仿真研究

为研究微型谷物联合收割机清选系统的旋风清选筒内流场的运动状况,借助FLUENT软件,采用RNG k-ε模型模拟,基于SMPLEC算法,对切线入口的旋风分离筒内的压力场和速度场进行三维数值模拟研究.通过数值模拟得到旋风分离筒内部压力场基本呈轴对称分布;清选筒内速度分为旋流和竖直流动,其分界面大致为吸杂管壁面向下的延长线.采用拉格朗日离散相模型对清选筒内谷物脱出物的运动轨迹进行追踪,得到在吸杂口的气压为-900～-600 Pa时清选筒内具有较好的分离效果.     

混凝土面板堆石坝面板应力变形仿真计算

【目的】基于混凝土面板与垫层之间接触面的数值计算模型,考虑温度荷载作用,研究面板堆石坝面板的应力变形特性。【方法】以接触摩擦单元理论为基础,采用接触单元模拟混凝土面板与垫层之间的接触面,进行了公伯峡混凝土面板堆石坝面板应力变形仿真计算,并将计算结果与观测数据进行对比分析。【结果】面板挠度呈现出中部大、两端小的分布规律,最大值为0.24 m,位于面板的中心位置,与观测结果基本一致;面板的顺坡向应力分布呈现出中部受压、两端受拉的变化趋势,顺坡向压应力最大值为7.9 MPa,出现在约1/2坝高处,拉应力最大值为1.3 MPa,出现在面板的底部与顶部;面板底面点与表面点的应力分布是一致的,在同一高程处,面板底面点的应力较表面点大;考虑温度荷载作用时,混凝土面板的顺坡向应力分布规律与不考虑温度荷载时基本一致,但拉应力值明显增大,并且与实际观测结果更为接近。【结论】基于接触摩擦计算模型,考虑温度荷载作用,可以获得更为准确的混凝土面板应力变形数值计算结果。     

混流式水轮机蜗壳·导叶及转轮内部水流的二维与三维数值模拟比较分析

基于N-S方程和标准k-ε紊流模型,采用CFD计算流体力学软件对HLA616-WJ-55混流式水轮机原型机的蜗壳、导叶及转轮内部水流进行二维定常数值模拟,并与同型式水轮机的蜗壳、导叶及转轮内部流动三维数值模拟结果进行比较分析。结果表明,二维与三维蜗壳内部流动的规律基本一致,压力分布和速度分布比较均匀,流动状况较为理想。二维CFD分析能较全面地预测水轮机蜗壳、导叶及转轮内部流场的结构,数值模拟结果对水轮机选型和优化设计均具有重要的指导意义。     

模拟土壤表面竖向应力分布的新方法

本文提出的新方法可为各种垂直于机械行进方向的垂直应力分布在PLAXIS模型中提供模拟.在土壤轮胎与土壤接触面加入一个平板,通过改变平板的抗弯刚度EI可以得到从均匀到U形的竖性向应力分布,而EI则取决于轮胎的性能参数.通过U形竖向应力分布模型的模拟数据和土壤压实试验中的实测数据的对比,可以看到两者较好的一致性.因此,运用土壤和轮胎之间抗弯刚度可变的平板,可较为准确的得出农业机械行驶过程中对土壤压实模型产生的竖向应力分布.     

3D欧拉法和层流模型对水轮机转轮内部流场的数值模拟

3D欧拉法和层流解法都具有控制方程个数少，计算简单、省时的特点，均能够快速地在最优工况点附近得到合理的数值解。可以用于转轮叶片的初步的水力计算和其他湍流模型计算结果的校核。分别应用这2种算法对一混流式水轮机转轮内部流体的三维流动进行了数值模拟，方程离散采用有限体积法，插值采用二阶迎风格式，压力-速度耦合采用SIMPLEC算法，计算了3个典型工况(最优工况、大流量工况和小流量工况)，得到了转轮内部合理的速度分布和压力分布。最优工况点的效率计算值比试验值高3．09个百分点，计算所需时间比标准κ-ε湍流模型少30％～40％。     

汽车外流场DES/RANS模拟研究

汽车外流场具有非定常、大分离和涡结构复杂的特点.采用分离涡模拟（DES）方法对某汽车外流场进行了数值模拟分析，将压力分布、摩擦因数分布、尾部速度和湍动能分布等结果与雷诺平均模拟（RANS）方法进行了比较.计算结果表明：在时均结果上，DES和RANS结果差别不大，但DES方法在处理非定常流动和捕捉含能结构方面优势明显，更能真实地反应汽车外流场的复杂特征.DES方法计算量较大，RANS方法在获取流场的时均信息方面显得更加经济.     

Numerical effects derived from en masse filling of agricultural silos in DEM simulations

The discrete element method (DEM) is a numerical technique widely used to study the behaviour of granular materials. It is commonly employed to determine the pressures generated by these materials on storage silo walls, although the computational costs associated with the simulation of real cases can be very high, a consequence of the number of particles that must be taken into account. Simplifications that can reduce calculation times are therefore usually sought. One such simplification is the contemplation of en masse filling rather than the progressive filling that typically takes place in silos. In en masse filling, all the particles involved in a simulation are simultaneously generated inside the recipient at the beginning of the procedure. They are then allowed to virtually fall under the effect of gravity until a static equilibrium is reached, indicating the end of the silo filling phase. The present work examines the effects on DEM-predicted silo wall pressures during the filling and emptying phases derived from the use of this filling procedure. Separate simulations were performed using glass beads or maize as the storage material, and using either the en masse or progressive filling procedures. The predictions of the pressures generated in each simulation were compared with one another and, at a qualitative level, with those theoretically expected using standard EN 1991-4 (2006). The results showed the en masse procedure to notably reduce computation times, although the predictions of the pressures generated during the filling phase can be erroneous. This is due to the impossibility of particle reordering imposed by en masse filling. This provokes the development of unreal contact forces that deviate pressure predictions from those expected.     

偏心出粮时作用在模拟粮仓壁上的侧压力

偏心出粮时,作用在粮仓上的侧压力增加,常是导致粮仓倒塌的主要原因。本文通过实验,报告了从一个模拟粮仓的三个不同位置的出粮孔出粮时,仓壁所受压力的变化。观察到出粮孔位置不同,产生的侧压力也不同。离出粮孔近侧仓壁受到的压力大于远侧的压力:偏心越大,压力越大。同时还观察到模拟仓一端为自由端时,其静态压力曲线与Janssen公式曲线并不相拟。     

Design and instrumentation of a mid-size test station for measuring static and dynamic pressures in silos under different conditions – Part II: Construction and validation

Using the design described in the first of this pair of articles, a full-size silo pressure test station was constructed. In this present article, the main characteristics of this station are described, together with the results obtained from the first validation tests. In addition, these results are compared with the European standard on silos.Very few experimental installations in the world have full-scale silos, and very few assays have been conducted on them. Consequently, many uncertainties remain which require further research in order to reliably predict the behaviour of material stored in this kind of structure.The results obtained demonstrate that the theoretical design of the test station is valid for measuring silo pressures and that the station offers multiple possibilities for future research.Although the principle aim of this article is to demonstrate that the previous theoretical design is valid, some novel conclusions can also be drawn from the tests performed. For example, observation of pressure patterns under static conditions inside the silo, and of overpressure surge patterns during silo discharge, has led us to conclude that the existence of asymmetrical pressures inside the silo is not a consequence of chaotic behaviour, but rather obeys certain physical laws which have still not been sufficiently studied.     

玉米秸秆接触物理参数测定与离散元仿真标定

为提高离散元方法模拟玉米秸秆揉碎过程的准确性,试验测定玉米秸秆与揉碎机锤片、玉米秸秆与玉米秸秆的接触参数。以径向堆积角相对误差值为评价指标,应用正交方法标定玉米秸秆离散元仿真需要输入的接触参数。结果表明:玉米秸秆与揉碎机锤片碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别设置为0.663、0.226、0.119;玉米秸秆与玉米秸秆碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别设置为0.485、0.142、0.078,此参数组合为玉米秸秆离散元仿真接触参数的最优方案,仿真结果与试验结果的相对误差为8.127%。     

颗粒滚动摩擦系数对颗粒堆内部受力的影响

为探究贮存过程中不同形状玉米颗粒与镀锌钢板间滚动摩擦系数对颗粒堆基底接触力分布的影响,采用离散元法数值模拟标定球形、锥形和矩形玉米颗粒间滚动摩擦系数。玉米颗粒形状越不规则,滚动摩擦系数越大,其中锥形玉米颗粒间滚动摩擦系数最大。以3种形状玉米颗粒与镀锌钢板间滚动摩擦系数为因素,以玉米颗粒与基底法向、切向接触力平均值为指标,作3因素5水平二次正交旋转组合模拟试验,运用Design-Expert8.0.6软件数据处理,基于结合响应曲面法分析试验结果。随玉米颗粒与镀锌钢板间滚动摩擦系数增加,玉米颗粒与基底间法向和切向接触力平均值均先增大后趋于稳定,且模拟试验得玉米颗粒与基底法向接触力分布规律与物理试验结果基本一致。研究结果可为粮仓设计及结构优化提供理论参考。     

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。     

On the use of plate-type normal pressure cells in silos: Part 1: Calibration and evaluation

Pressure cells are measuring devices commonly used in silo research to study loads exerted by a granular material stored against a silo wall. The design of normal pressure cells for use in an experimental silo research project is critical, mainly because measuring errors complicate the interpretation of results. Once the cells have been delivered from the manufacturer to the researcher, they should be calibrated and validated with reference to the measurement of pressure from a granular material against a silo wall. Two related papers deal with a specific plate-type normal pressure cell for use in an installation of three full-scale steel silos with different hopper eccentricities (concentric, half-eccentric and full-eccentric) as part of a silo research project. It was found to be necessary to validate the performance of the cells when measuring pressures in the silos in order to arrive at a solid basis for the interpretation of the pressure measurements in the silo installation aforementioned. This paper presents calibration results from three investigated methods as well as results from a finite element analysis of the plate deflection of the pressure cell which were performed to evaluate the non-linear behaviour of the signal from the cell. Results suggested that the air-pressure calibration method turned out to be the most suitable in this particular case, that a lack of stiffness of the plate cell was revealed and that its boundary constraint conditions were not stable. Amendments were proposed in order to improve the accuracy of measurements. Furthermore, the knowledge acquired from the study of these plate-type cells constitutes the basis of recommendations for another design of pressure cells for which the calibration as well as the interpretations of test results would become simpler.     

中密度纤维板和红松磨削过程材料去除机理的研究

目的磨削作为一项木质材料精加工技术，研究木质材料磨削过程中的材料去除行为对提高磨削效率和加工表面质量具有重要意义。方法本研究设计了木质材料单磨粒磨削实验平台，采用横向划擦法，利用扫描电镜和3D轮廓仪考察了单磨粒在中密度纤维板(MDF)和红松(Pinus koraiensis)表面形成的划擦痕迹形貌，并测定了相关特征参数，分析了最大磨削深度、沟壑面积对隆起比的影响，并根据磨粒与试件接触过程中磨削力、综合摩擦系数的变化情况，研究磨粒引起的材料变形。定义λ为划擦方向与木材纹理方向之间的夹角。结果与金属磨削过程不同，中密度纤维板和红松划擦时形成的隆起区域很小。红松横纹划擦时(λ = 90°)，被磨粒切刃横向割断的木材在试件表面形成断茬，局部接触区域发生压溃式切削。红松顺纹划擦时(λ = 0°)，隆起比集中在0~0.05，而中密度纤维板的隆起比呈现高度离散。在对红松进行横纹划擦时，法向磨削力F_n和切向磨削力F_t均呈剧烈振荡，而在中密度纤维板和红松顺纹划擦过程中，F_n和F_t都近似符合正态分布，并且随着磨粒切入试件深度的不断增加，F_n和F_t均随之增大，最大值出现在最大切入深度处附近。就中密度纤维板而言，F_n大于F_t，而红松顺纹划擦时F_t略大于F_n。无论是中密度纤维板还是红松顺纹划擦时，磨粒切入试件形成沟壑后半段的综合摩擦系数略大于初期。结论红松磨削过程中，其内部的孔隙(如轴向管胞、解剖学上的植物内部腔洞等)分布和木材纹理方向对材料的变形流动、加工表面质量有着重要影响。中密度纤维板较红松而言，在磨削痕迹两侧产生较多的塑性隆起，隆起比随磨削深度、沟壑面积变化呈现高度离散。在磨粒切入试件过程中，磨粒所受的综合摩擦力是逐渐增大的。      

新疆农田粉土离散元仿真参数标定

【目的】标定新疆地区粉土离散元仿真模型,量化分析农业机械触土部件与土壤的相互作用。【方法】采用EDEM离散元仿真软件,运用斜坡试验标定土壤与触土材料（65 Mn）之间的接触参数,堆积角试验标定土壤与土壤之间的接触参数,以斜坡滚动距离为优化目标进行回归分析。【结果】土壤与65 Mn之间离散元模型参数的一种优化组合为恢复系数0.51,静摩擦系数0.56,动摩擦系数0.08,JKR表面能4.12;以堆积角为优化目标,土壤之间离散元模型参数的一种优化组合为恢复系数0.57,静摩擦系数0.65,动摩擦系数0.23,JKR表面能4.49。滚动距离和堆积角的误差分别为6.05%、1.28%。【结论】在建立的仿真模型条件下,在8、9、10 km/h作业速度下,犁体仿真试验与实际试验的工作阻力相对误差为5.69%、5.95%、6.49%,建立的模型真实可靠。