基于EDEM的螺旋喂料机的颗粒系统的仿真

【问题描述】
螺旋送料机如图所示，一些谷物从左边的喂料仓掉落，然后经过螺旋传动将谷物往上传输。现在要对该过程进行仿真。

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【问题分析】
1. 该仿真属于颗粒系统的仿真问题，需要使用离散元素法。
2. 在离散元仿真软件中，EDEM是全球首个多用途离散元素法建模软件，可以快速对颗粒系统进行建模，仿真和后处理。
3.对于颗粒物的建模这里用球形来表示；而该螺旋喂料机有现成的几何模型，可以从软件自带的tutorials中得到。
4.本问题的仿真包含三步：建模，仿真和后处理。本篇先介绍建模和仿真部分。下篇进行后处理。
5.本问题使用的软件是EDEM2.5.
【求解过程】
一.建模
1.准备
进入EDEM2.5

设置仿真的标题

这里，（1）是进入建模页（2）是设置全局属性（3）是设置标题
然后存盘
下面设置单位。从下述菜单项进入

主要设置角度，角速度和长度单位如下

2.设置全局模型参数
下面的参数均在globals页中设置

（1）设置接触模型
这里对于颗粒-颗粒之间，以及颗粒-喂料机之间均使用默认的接触设置。

以及

（2）设置重力
保持默认的重力设置属性如下。即考虑重力，且方向是Z轴的负方向。

（3）设置两种材料的基本属性
首先添加粒子的材料，并设置泊松比，剪切模量和密度如下

然后添加喂料机的材料，为钢材

（4）定义粒子-粒子之间，粒子-喂料机之间的碰撞相关系数
首先定义粒子-喂料机之间的碰撞系数：恢复系数，静摩擦系数，滚动摩擦系数

首先定义粒子-粒子之间的碰撞系数：恢复系数，静摩擦系数，滚动摩擦系数

3.定义粒子特性
下面的参数均在particles页中设置

（1）定义新粒子，并设置其半径是10mm

则主窗口中显示如下

（2）设置颗粒的材料，并计算基本的惯性数据

设置颗粒材料为上一步骤创建的颗粒材料，然后计算颗粒的基本惯性数据。
4.定义螺旋喂料机的几何部分
下面的参数均在geometry页中设置

（1）导入喂料机的几何模型
导入EDEM自带的几何模型文件screw_auger_complete.igs，并设置导入单位是mm

则主界面中显示如下

该螺旋送料机由三部分构成：（不同版本其导入名称可能不一样）

其中trimsrf就是螺旋部分，它要发生定轴转动。另外两部分需要保持静止。
（2）设置螺旋部分的旋转运动
选择螺旋部分，然后加入一个线性转动如下图

进一步设置转速和转轴

这里转速是-100转每分；而转轴是由两个点所确定的直线来定义的。
（3）创建颗粒工厂平面
下面创建一个虚拟的平面，在该平面上会有颗粒产生。
新创建一个多边形的几何体

将其重命名

设置该平面的形状及位置

下图是创建的结果。红色面即为颗粒产生面。

设置该面为虚拟面

这意味着颗粒只是从该位置产生。但是并不存在一个物理上的面。
5.定义影响域
增加默认的影响域中X方向的最大值。使得可以看到颗粒出口的情况。

6.创建粒子工厂
下面的参数均在factories页中设置

(1)创建颗粒工厂

创建新的颗粒工厂，并设置其名称。
（2）设置颗粒生成的值
设置颗粒是动态的生成的，颗粒总数是700粒，每秒生成1000个。

（3）设置初始情况
选择虚拟平面作为颗粒生成面

然后设置颗粒的尺寸呈现正态分布

其均值和方差如下

即均值是1，方差是0.05，而且是按照半径方向放缩尺寸的。
设置每个颗粒的产生位置是随机的