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装车系统是一种可以连续自动地称量散体物料并装入火车或汽车的设备,其结构中的缓冲仓主要起临时储备物料以便称重的作用。明晰缓冲仓内物料的流动状态对控制称重精度、提高装车效率具有重要意义。由于散体物料的特殊性,传统的基于连续介质理论的模型多从宏观角度进行描述,往往无法准确求解其流动问题。 本文基于离散元法理论,使用FISH语言编写了数值模拟程序,对缓冲仓内散体物料流动状态进行研究,并分析了摩擦系数、颗粒粒径及改流体等因素对卸料流态的影响。 利用颗粒流程序(PFC)建立了装车系统中缓冲仓内物料流动的离散元微观模型。研究发现,仓内物料的流动为漏斗流,即卸料口处及其上方颗粒最先流动,靠近仓壁的颗粒随后流动,形成漏斗形状。 通过卸料时颗粒速度场和力场的变化发现,颗粒在重力下的流动为非对称和非均匀性的交错流动。由于物料流动速度的不同,形成了快速流动区和慢速流动区两个区域。卸料时,快速流动区的压力比慢速流动区的压力大,并产生颗粒交错流动的现象。卸料口处形可能形成压力拱并有逐渐向上发展的趋势。 卸料过程大体可分为两个阶段:快速卸料期和流量稳定期,卸料的大部分时间处于稳定流动期,此时流量会发生小幅波动,但基本上围绕某一恒定值变化。以卸料流量Q为评价指标,通过拟合取得了流量随时间变化的关系式Q=0.322+6.164e-1618t。 增大颗粒的内摩擦系数或颗粒与仓壁之间的摩擦系数,物料卸出速度都会减小,但前者的影响更为明显。 对于颗粒均一的物料,颗粒半径越大,快速流动区域就越大,周围颗粒参与漏斗流的趋势越强烈。对于粒径呈一定分布状态的颗粒,粒径分布越宽,卸料速度就越快。相比较而言,粒径均一的颗粒在流动时容易结拱,而粒径呈分布状态的颗粒群由于小颗粒较多而不易结拱,且流动稳定。 加装改流体有利于改善物料的流动状态。在卸料初始阶段,颗粒仍然呈现出漏斗流趋势,但随着卸料的进行,漏斗流逐渐向整体流转变。改流体还可以减少或消除起拱现象,减小卸料时的流量,减缓卸料速度和速度波动,使颗粒流更加稳定。