复合激励下有限边界域内散状物料高效定向流动机理研究
批准号:
52075356
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
孟文俊
依托单位:
学科分类:
机械设计学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孟文俊
中文摘要
颗粒运动机制研究是近20年科学前沿之一。大型平底筒仓构成的有限边界域内,可升降自公转开式螺旋通过复合运动激励散料颗粒形成稳定、可控、高效的定向流场,属于目前急需解决的科学与应用问题。针对复合激励作用下受有限约束散料的高效定向流场形成机理、条件及其稳定性,提出“力链网络动态重构+极限平衡动态重建+能量有限耗散”的研究路径,建立由代表性体积单元RVE本构模型、基于连接尺度方法BSM的Cosserat+DEM多尺度耦合模型构成的复合模型,从细观和宏观层面分析定向流场中力链网络和极限平衡状态的破坏与重构,得到定向流场的动态稳定条件;采用EB-GAN生成式对抗网络模型分析散料能量有限耗散区域特性、稀疏响应分析研究定向流场简化数值模型、特征数据靶向生成方法获取宏观层面颗粒流动规律、EDEM+FLUENT进行仿真实验,研究得到散料高效定向流动机理,并由此提出开式螺旋输送系统高效定向输送理论。
英文摘要
The study of particle motion mechanism is one of the scientific frontiers in the past 20 years. In the limited boundary region composed of large-scale flat bottom silos, stable, controllable and efficient directional flow field is formed by the lifting rotation and revolution open-ended screw through the compound movement of the bulk materials, which is an urgent scientific and application problem. In view of the formation mechanism, condition and stability of the highly efficient directional flow field of the limited restricted bulk materials under the action of composite excitation, the research path of "dynamic reconstruction of force chain network + dynamic reconstruction of limit equilibrium + finite dissipation of energy" is proposed, and the composite model composed of the representative volume element RVE constitutive model and the Cosserat + DEM multi-scale coupling model based on BSM is established, the damage and reconstruction of the force chain network and the limit equilibrium state in the directional flow field are analyzed in the micro and macro level, and the dynamic stability conditions of the directional flow field are obtained. The EB-GAN generated countermeasure network model is used to analyze the regional characteristics of the limited dissipation of bulk energy, the sparse response analysis is used to study the simplified numerical model of the directional flow field, and the target generation method of the characteristic data is used to obtain the particle flow law in the macro level and EDEM + Fluent carried out simulation experiments to study the mechanism of efficient directional flow of bulk material, and put forward the theory of efficient directional transportation of open-ended screw conveying system.
颗粒运动机制研究是近20年科学前沿之一。可升降自公转开式螺旋在不同的结构和运动参数等复合运动激励作用下形成散料高效定向的流场,大量离散的散料颗粒相互作用构成复杂的力学体系,展现出宏观自组织有序的定向流动表象和细观尺度下颗粒运动各向异性的多尺度特性,在高度随机性的颗粒体系内找到宏观-细观的作用机理与联系,是得到多尺度稳定、可控、高效颗粒流的基础,属于目前急需解决的科学与应用问题。重点研究了水平开式螺旋激励下散料的动力学特性与模型、宏/细观尺度相结合的多尺度特性、有限耗散区的特性等,揭示其多尺度特性及科学意义。.研究采用理论分析、仿真实验和试验台验证相结合的方法,从宏/细观尺度探讨了散料流动机理。通过平均场理论、连接尺度方法,分别建立了定向物料流在宏观和细观尺度上计算公式,将颗粒在两个尺度下的非仿射变形误差映射至宏观变量中,得到包含颗粒非均质和各向异性的宏观尺度的表达方法,建立了等效连续介质模型。通过DEM仿真模型,对宏观表象数据展开分析,以及物料运动规律进行研究,得到了不同设计与运行参数下散料定向流的宏观运动规律。使用插值法得到了仿真中所用螺旋的运行参数选型图,但不同的运行参数组合下可以得到相同的宏观表象,则进一步深入至细观尺度。细观尺度下,引入统计学相关理论,对位移、速度和接触力等数据展开分析,并发现接触力异常增大、能量消耗较多是螺旋转速低于240r/min的主要原因。水平开式螺旋在运动部件实体边界外形成有限耗散区,对其边界及特性进行了研究。最终形成了可升降自公转开式螺旋作用下散料高效定向流动的机理。采用该研究的相关方法与结论,对在松软粮面以螺旋为驱动的机器人、气体流场激励下粉状物料的流动、减小水平螺旋的卸料脉动等进行了应用。.研究成果不仅为平底筒仓内散料的大规模进出仓提升提供了理论支持和改进方向,还对地质灾害成因分析、矿产开采及大规模散料受控运动等领域具有重要参考价值。
基于极高密度气固两相TCP流稳定螺旋涡的高效螺旋输送机理研究
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批准号:51575370
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2015
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负责人:孟文俊
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依托单位:
机电液一体化系统中液压子系统的伪功率流无源性建模和控制研究
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批准号:51075289
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项目类别:面上项目
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资助金额:36.0万元
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批准年份:2010
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负责人:孟文俊
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依托单位:
国内基金
海外基金