基于离散单元法的不同含水率土壤在转鼓中的流动行为研究

来源：计算力学学报杂志2024年第4期北京时间：

作者：陈萌瑶,周连勇,黄泽,廖晓玲,赵永志

单位：浙江大学 能源工程学院 化工机械研究所, 杭州 310027,浙江大学 能源工程学院 化工机械研究所, 杭州 310027,杭州市特种设备检测研究院, 杭州 310003,杭州市特种设备检测研究院, 杭州 310003,浙江大学 能源工程学院 化工机械研究所, 杭州 310027

摘要：机械化学法修复POPs污染土壤应用前景良好,但由于无法通过实验手段获取球磨罐内颗粒运动信息,难以对工艺参数进行优化。考虑到土壤颗粒在球磨罐中的流动状态与在转鼓中十分相似,本文采用离散单元法(DEM)研究不同含水率土壤在转鼓中的流动行为。为了模拟土壤的结块特性,本文采用基于JKR理论的Surface Cohesive Force模型建立土壤粘聚力模型,并以转鼓试验过程颗粒的坍塌周期和质心角为指标验证了仿真参数的合理性。根据试验与仿真的结果可得,土壤的含水率越高,转鼓中土体坍塌周期和单次坍塌块体体积越大;土壤含水率在仿真过程中以表面能极性分量为表征,含水率越高,表面能极性分量越大,土壤内聚力作用下的结块现象越明显。此外,在仿真过程中,土壤的滚动摩擦系数显著影响转鼓内土壤颗粒整体的分层效果。由于本文使用球形颗粒代替土壤团聚体,摩擦系数的选取不应限于SiO2材料的摩擦系数取值范围,才能保证仿真与试验结果的一致性。

关键词：离散单元法,土壤,结块,转鼓,表面能,

基金资助：国家自然科学基金(22078283);国家重点研发计划(2019YFC1805605); 国家市场监督管理总局科研计划(2019MK154)资助项目.