بخشی از مقاله
چکیده
قیف ها به شکل گستردهای در صنایع استفاده می شوند؛ در نتیجه تخلیه ذرات گرانوله از قیف ها موضوع با اهمیتی در برخی از صنایع به شمار میآید. تمرکز مقاله حاضر بر رفتار ذرات گرانوله غیر کروی در تخلیه از قیفها میباشد. برای رفتار شناسی سیستم های گرانوله از شبیهسازی به روش اجزا مجزا استفاده شده است. برای تقریب شکل ذرات غیر کروی موجود در دادههای آزمایشگاهی از روش چندکرهای که از مزیتهای زیادی بین روشهای تقریب شکل ذرات غیر کروی برخوردار است، بهره جستهایم به نحوی که هر ذره با استفاده از 43 کره مدل شده است. در این مطالعه رفتار تخلیه دانههای شکلات بیضی گون، به عنوان ذرات گرانوله، از قیف تخت بررسی شده است که داده های شبیهسازی از دقت مناسبی برخوردار بودند.
-1 مقدمه
سیستم ذرات گرانوله1 نقش مهمی در بسیاری از صنایع از جمله صنعت داروسازی، پلیمر، معدن و کشاورزی ایفا میکند. هرچند که مطالعات گستردهای در این حوزه صورت گرفته است اما همچنان شناخت و پیش بینی رفتار ذرات در سیستمهای گرانوله محدود است؛ در نتیجه استفاده از روشهای شبیهسازی ذرات برای شناخت رفتار ذرات گرانوله میتواند شناخت کاملتر با صرفه اقتصادی بیشتر را همراه داشته باشد
روش اجزا مجزا که ابتدا در دینامیک مولکولی مورد استفاده بود، برای اولین بار در سال 1979 توسط آقایان کاندال و استراک به منظور شبیهسازی سیستمهای گرانوله مورد استفاده قرار گرفت .[1] ذراتی که در این روش شبیهسازی مورد استفاده قرار میگیرند معمولا به شکل دایره و یا کره هستند. اما این روش مدل کردن ذرات دارای برخی از ایرادها میباشد که مهم ترین آنها عبارت است از این که این ذرات تمایل بیشتری برای چرخش در مقایسه با ذرات واقعی را دارا میباشند.
برای فائق آمدن بر این مشکلات و محدودیتها، و همچنین با توجه به افزایش سرعت محاسبات رایانهها در دهه اخیر، تکنیکهای شبیهسازی مختلفی پیشنهاد شده است که ذرات غیر کروی با اشکال مختلفی را تخمین زده میزنند. این روشها عبارتند از مدل سازی با ذرات بیضی شکل، ذرات چند وجهی، المانهای خوشهای، چند کرهای3 و... .
یکی از مناسب ترین روشها چه از منظر دقت و چه از منظر سهولت در محاسبات روش چند کرهای میباشد که اولین بار در سال 1999 توسط آقای فاویر و همکارانش به شکل کنونی معرفی شد. از مزیتهای بسیار مهم این روش این است که تمایل به دوران در ذرات مدل شده نسبت به ذرات واقعی میتواند بسیار دقیق باشد و همچنین در برخوردها، محاسبه نیروهای نرمال و مماس وارد بر ذرات به راحتی قابل محاسبه هستند.
هدف ما در این پروژه شبیهسازی تخلیه ذرات گرانوله غیر کروی از قیف تخت میباشد که این ذرات را با مجموعهای از کرههای در هم تنیده مدل کردهایم.
-2 تئوری
در این بخش با توجه به الزام بر اختصار، از ذکر روند محاسبات به صورت کامل خودداری شده است. حرکت انتقالی ذرات از قانون حرکت نیوتن پیروی میکند که در رابطه 1 آورده شده است،و برای محاسبه نیروی برخورد بین ذرات با یکدیگر و همچنین ذرات با دیواره از روش فنرهای خطی هوک و ضربه گیرها با نظر گرفتن خواص ارتجاعی و اصطکاکی - میرایی - ذرات استفاده شده است.
معادله نیروی نرمال FN حاصل جمع نیروی الاستیک نرمال FNE و نیروی میرایی نرمال FND میباشد
که در رابطه 3 آورده شده است و همچنین نیروی مماسی تماس برابر است با کمینه عددی بین دو پارامتر جز الاستیک نیروی اصطکاک قبل از لغزش ذرات روی یکدیگر و نیروی اصطکاک پس از لغزش ذرات که به شکل رابطه 4 در منابع آورده میشود.
-3 دادههای آزمایشگاهی
در این بخش به معرفی ویژگیهای دستگاه و ذرات موجود در آزمایشی که توسط آقای Li و همکارانش صورت گرفته میپردازیم .[3] از دادههای این آزمایش به منظور صحت سنجی داده خود که از طریق شبیهسازی با استفاده از روش اجزا مجزای چند کرهای به دست آمده، استفاده شده است.
در این آزمایش از دانههای شکلات به عنوان ذرات بیضی گون استفاده شده است که ابعاد این ذرات در شکل 1 آمده است. همچنین ابعاد قیف در جدول 1 قابل مشاهده است. اندازه روزنه قیف متغیر است و در این آزمایش سه اندازه 40، 55 و 60 میلیمتر مورد مطالعه قرار گرفته است.
- الف - - ب - شکل 1 تصاویر شکل واقعی ذره - الف - [3] و شکل مدل شده با استفاده از روش چند کره ای - ب -
همچنین دادههای مربوط به درصد تخلیه ذرات بر حسب زمان در سه اندازه روزنه در شکل 2 آورده شده است.
