伴随商品混凝土行业的兴起,混凝土搅拌运输车的应用日益广泛。由于搅拌运输车长距离运输,预拌混凝土在运输环节经常会出现匀质性降低的情况,严重的还会发生离析。如果将这种混凝土用于工程施工,无疑会带来巨大的安全隐患。搅拌筒中的螺旋搅拌叶片作为核心部件,与新拌混凝土的搅拌质量关系密切。因此,通过研究新拌混凝土在搅拌筒中的流动状态,优化搅拌叶片使其能够在运输过程中充分搅拌物料,对于提高混凝土搅拌运输车的搅拌性能具有重要意义。因试验时不易于观察混凝土流动过程中的微观现象,且存在人工操作的误差,所以本文采用数值模拟方法对优化后的叶片进行分析。而传统的数值模拟大多是采用基于Euler-Euler耦合的双流体模型,该方法准确度低且无法表现骨料的离散化特征,具有一定的局限性。因此本文采用离散元法对优化后搅拌叶片进行数值模拟,有利于从直观上观察颗粒匀质性和出料情况。本文主要研究内容如下:1)由于搅拌筒实际尺寸过大,而离散元法对颗粒数量级有一定的限制,因此需要对搅拌筒原型进行缩放。搅拌筒中新拌混凝土的流动形态受重力、弹力、黏滞力等的影响,而其中重力处于支配地位。因此为保证缩放前后流动相似,相应的运动参数应服从牛顿相似定律弗劳德准则。2)为了提高搅拌筒的搅拌和出料性能,本文以8 m~3混凝土搅拌运输车为设计基础,将原设计对数螺旋线优化为螺旋角呈线性变化的等变角螺旋线和呈非线性变化的非等变角螺旋线两种方案;同时为了降低返料率,将后锥叶片优化为凹形曲面叶片。对叶片进行着色高斯曲率分析后,发现非等变角和等变角叶片的拟合质量可达到G2和G1级别,光顺性都要高于原设计。3)本文创新性的使用“Hertz-Mindlin with JKR”接触模型来表示颗粒间的接触作用,该模型能够较好的表现颗粒间的黏聚行为。采用GEMM通用数据库加虚拟试验(塌落度,L箱试验)标定模型接触参数,模拟结果与实际情况相符。4)在对模拟结果进行对比分析后,发现在提高搅拌和出料匀质性效果上,非等变角螺旋线>等变角螺旋线>对数螺旋线,出料效率方面虽有提升,但效果不够明显。将后锥段设计为凹形曲面能够显著降低返料率,提高出料效率,对颗粒匀质性的改变影响不大。将非等变角螺旋线与凹形曲面设计结合既可以提高出料效率,又可以提高搅拌和出料匀质性,对于实际工程应用具有一定的指导意义。