种子颗粒群的悬浮速度模拟预测方法

    苏微, 高筱钧, 任闯, 赖庆辉

    苏微, 高筱钧, 任闯, 赖庆辉. 种子颗粒群的悬浮速度模拟预测方法[J]. 华南农业大学学报, 2016, 37(1): 110-116. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2016.01.018
    引用本文: 苏微, 高筱钧, 任闯, 赖庆辉. 种子颗粒群的悬浮速度模拟预测方法[J]. 华南农业大学学报, 2016, 37(1): 110-116. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2016.01.018
    SU Wei, GAO Xiaojun, REN Chuang, LAI Qinghui. A simulation prediction method of suspension speed of seed particle swarm[J]. Journal of South China Agricultural University, 2016, 37(1): 110-116. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2016.01.018
    Citation: SU Wei, GAO Xiaojun, REN Chuang, LAI Qinghui. A simulation prediction method of suspension speed of seed particle swarm[J]. Journal of South China Agricultural University, 2016, 37(1): 110-116. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2016.01.018

    种子颗粒群的悬浮速度模拟预测方法

    基金项目: 

    国家自然科学基金 51305187

    云南省科技计划项目青年项目 2015FD011

    云南省重点新产品开发计划项目 2014BC007

    云南省教育厅科学研究基金 2015Y079

    昆明理工大学自然科学研究基金 KKSY201323067

    昆明理工大学自然科学研究基金 KKSY201323025

    昆明理工大学自然科学研究基金 14118940

    详细信息
      作者简介:

      苏微(1979—),女,博士,E-mail:laisubo@163.com

      通讯作者:

      赖庆辉(1980—),男,副教授,博士,E-mail:laiqinghui007@163.com

    • 中图分类号: S567.236, TH79

    A simulation prediction method of suspension speed of seed particle swarm

    • 摘要:
      目的 

      模拟预测三七种子颗粒群的悬浮速度,为气固两相流的模拟仿真提供参考依据。

      方法 

      利用PS-20物料漂浮速度试验台测量悬浮速度;采用离散元和计算流体力学相耦合的方法模拟台架试验,并模拟颗粒体积分数对流场影响;借助普拉诺夫斯基修正式验证各体积分数下颗粒群悬浮速度模拟值。

      结果 

      体积分数对流场影响显著。体积分数接近0时,台架试验颗粒群悬浮速度范围为7.14~9.32 m·s-1、平均值为8.23 m·s-1,模拟结果为7.08~9.30 m·s-1、平均值为8.19 m·s-1;当体积分数在2.58%、3.87%、5.16%、7.74%时,模拟试验的悬浮速度分别为8.52、8.72、8.96、9.46 m·s-1,悬浮速度的理论计算值分别为8.53、8.79、9.06、9.71 m·s-1,最大误差为2.6%。

      结论 

      采用模拟技术可建立体积分数低于9.03%时的悬浮速度预测模型;在未出现较大涡流的情况下,可利用离散元和计算流体力学相耦合的方法模拟预测不同体积分数下颗粒群的悬浮速度。

      Abstract:
      Objective 

      To stimulate and predict suspension speed of notoginseng seed particle swarm, and to provide a reference for simulating gas-solid two-phase flow.

      Method 

      The suspension speeds of seed particles swarm were surveyed by the PS-20 material floating speed test bed. Bench test were stimulated by coupling discrete element method with computation fluid mechanics, and the influences of seed particle swarm volume fraction on the flow field were stimulated. The suspension speed analog values under different volume fractions were validated using the pulanuofusiji modified formula.

      Result 

      Volume fractions of seed particle swarm had significant effects on flow field. When the particle volume fraction was zero, the seed particle swarm suspension speeds ranged from 7.14 to 9.32 m·s-1 and the mean value was 8.23 m·s-1, while simulation speeds ranged from 7.08 to 9.30 m·s-1 and average of 8.19 m·s-1. When particles volume fractions were 2.58%, 3.87%, 5.16% and 7.74%, the simulation results were 8.52, 8.72, 8.96 and 9.46 m·s-1 respectively, while the theoretical calculated values were 8.53, 8.79, 9.06 and 9.71 m·s-1 respectively with the maximum error of 2.6%.

      Conclusion 

      The particle swarm suspension speed predicted model can be built using stimulated technology when particles volume fraction is below 9.03%. The particle swarm suspension speeds under different volume fractions can be predicted by coupling discrete element method with computation fluid mechanics.

    • 图  1   PS-20物料漂浮速度试验台

      1:U形管; 2:锥形观察区。

      Figure  1.   PS-20 floating velocity test rig

      图  2   气固耦合流场湍流分布图

      Figure  2.   Distribution nephogram of gas-solid coupling flow field

      图  3   体积分数为2.58%时颗粒体的速度-锥形观察筒轴向位置散点图

      Figure  3.   Velocity-position scatter diagram of particles at the volume fraction of 2.58%

      图  4   气固耦合流线场分布图

      Figure  4.   Distribution of the gas-solid coupling streamiline field

      图  5   气固耦合流场速度等值曲线分布图

      Figure  5.   Velocity contour curve profile of gas-solid coupling flow field

      图  6   体积分数为9.03%时气固耦合流场

      Figure  6.   Gas-solid coupling flow fields with the volume fraction of 9.03%

      图  7   颗粒体运动轨迹图

      Figure  7.   Diagram of particle trajectory

      图  8   悬浮速度与体积分数拟合图

      Figure  8.   Fitting of suspension velocity and volume fraction

      图  9   0.2 s时颗粒悬浮速度流场

      Figure  9.   Particle suspension velocity field at 0.2 s

      图  10   大豆和稻谷模拟试验与理论计算对比

      Figure  10.   Soybean and rice simulation test and theoretical calculation contrast figure

      表  1   沉降速度与悬浮速度对比表

      Table  1   Comparison between settling velocity and suspension velocity

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    图(10)  /  表(1)
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    出版历程
    • 收稿日期:  2015-03-07
    • 网络出版日期:  2023-05-17
    • 刊出日期:  2016-01-09

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