颗粒－液桥作用模型与湿/干颗粒离散元法发展

湿颗粒群的背景有非饱和湿土、化工和制药业的中间产品以及冰淇淋等食品，形态为以摆动液桥联结为主的多相颗粒结构，适宜用颗粒－液桥模型的湿颗粒离散元法（DEM）进行数值分析。本项目以构建和完善颗粒－液桥（牛顿和幂律流体）作用模型和湿颗粒离散元高效算法为主要目标，在已有成果基础上，采取理论分析-细/宏观实验-数值模拟结合的方法，分析研究土力学试验等典型算例，以验证模型和算法的效能。本项目将继续改进普遍公认的干颗粒离散元的模型和算法，完成循环型堆芯球流全尺寸、短时程的离散元精准仿真等典型算例分析，有助于新能源开发和减排。预期湿颗粒DEM模型与算法研究可望跻身国际先进行列，循环型堆芯球流研究属国内先进、在国际核工程界接近或达到发达国家同等水平。本项目理论和方法新颖，有创新意义和显著应用价值。项目的完成将是对包括前面的基金资助项目成果和最新发展的系统总结。

本项目的实施与原定目标基本一致，特点是加强了实验环节，实验内容成倍增加。.对于干颗粒系统，已完成了如下两方面的研究工作。.（1）对颗粒离散元程序初步完成了基于MPI的并行计算改造，仍需要完善。对干颗粒系统，研究了国际料仓权威提出的经验数值“6倍律”，即出口径与颗粒粒度之比至少大于6倍时，才不会发生联锁结拱导致严重后果。所以选定了筒仓和料斗等径球颗粒群出流的联锁结拱规律进行了实验分析和离散元模拟。在实验研究中，创建了一整套排空式卸料试验的方法，发现了某些规律性，也验证了6倍律的合理性。在数值研究中选用Hertz—Mindlin接触模型进行DEM数值模拟，分析了密度、摩擦、锥底筒仓锥度对出流的影响和间歇拱现象。.（2）液桥力是湿颗粒离散元法的理论基础。对于湿颗粒模型，过去对静态液桥力没深入研究。关键是在给定液体体积的下得到静态液桥力的规律。理论和实验两方面进行研究。.在理论方面，分析了不等径球间的静态液桥力。目前只有在给定液体体积条件下的等径球间静态液桥力公式，而不等径球间的液桥力用的是近似拟合公式。我们推导出不等径球间静态液桥力近似解析公式。它与近似拟合公式相比，物理意义明晰，形式简单，可大大降低运算量，基本满足离散元模拟需要。.在实验方面，需要对不等径球液桥力近似拟合公式与我们的静态液桥力近似解析公式进行多方面测试比较。目前只有英国和日本完成了静态液桥力测试。我们直到2014年10月才有了可借用的Sartorious微量天平，配合自组装的数字显微镜与操作组件系统，进行了系列实验，取得满意结果，试验结果正在总结，文稿即将发出。2015年上半年将实现液桥力的连续测量使得液桥力测量记读数自动化，然后将公式在离散元法程序中实现。.本项目已延后1年，前3年没找到可利用的适当仪器。关键性文章有的在送审，有的在撰写中，研究进展滞后。对本项目的创新性评估是：（a）对等径球的联锁结拱规律和出口径“6倍律”的研究有重要应用价值,国内无系统研究，国际上研究也不充分。（2）在静态液桥力测试的方法和技术方面，赶上了国际先进水平。（3）推导出形式简单的不等径球颗粒间的静态液桥力近似解析公式，属于国际先进水平的成果，在理论和应用方面有重要价值。