垂直摆振下物料颗粒的分层行为研究

早在1600多年前,在刘义庆所著的《世语新说》中,就有“簸之扬之,糠秕在前;洮之汰之,砂砾在后。”这种关于颗粒物质振动偏析的记载,说明振动和水流的搅动可以使不同的颗粒产生偏析分层的行为。振动偏析作为颗粒物质主要的特性之一,被广泛应用于工业生产中,如物料的筛分、摇床选矿、粮食分级等。近年来,颗粒物质的相关研究在世界范围内得到了广泛的重视,仅在《自然》这一本杂志上就发表了多篇与颗粒物质振动偏析分层相关的文章。因此,对在振动作用下颗粒物质偏析分层的研究不但具有重要的工程应用价值,也具有重要的基础科学研究价值。不同的振动形式及参振条件所产生的颗粒偏析分层的行为是不同的,如在垂直振动作用下改变参振条件可得到巴西果效应、反巴西果效应及颗粒物质的三明治状分层现象等。但颗粒物质偏析分层行为的研究大多局限于垂直直线、水平直线及水平圆周的振动形式,在众多颗粒物质振动偏析分层行为的研究中,对垂直摆振下颗粒物质偏析分层行为的研究却是鲜有人涉足。同时,参振条件、摆振槽结构变化对摆振分层稳定性及分层效率影响的研究成果未见报道。本文以EDEM软件为研究工具,以离散元法为研究手段,对垂直摆振下二元物料颗粒的分层行为进行了仿真模拟研究,探讨了垂直摆振下的物料颗粒偏析分层机理,采用颗粒的体积浓度作为评判标准,以此探讨了振动频率、摆动振幅、粒度比、料槽结构对垂直摆振分层的影响,最后利用实验验证了模拟的正确性。本文所做工作为深入理解和完善垂直摆振下的颗粒物质偏析分层行为提供了有益的理论帮助。