成功案例丨Altair 助力中心减压筒仓内颗粒流动特性实验与数值研究

筒仓用于粮食中转及仓储被广泛应用。针对目前筒仓存在粮食自动分级严重，破碎高，通风降温难，熏蒸杀虫难，仓内测温电缆和固定设施易损坏，出仓动态压力大仓壁易开裂影响筒仓使用寿命，使得在粮食储藏过程中频频发生结顶挂壁与粮食霉坏等问题，严重影响了筒仓的安全储粮。

粮食的卸粮环节为粮食储运的关键环节，为高效生产、节约能源、减少粮食破碎，筒仓内部增加辅助装置，中心减压降碎为其中一种。中心减压降碎具有导流作用，筒仓内部料流状态是否改变，仓体侧壁承受压力是否改变，都需要得到验证。

基于离散元理论的 EDEM 软件，可以有效地解决粮食工程领域的一些难点问题。本文综合国内外相关设备特点，提出一种新型的多功能中心减压管装置在粮食筒仓领域得到应用。

行业：

粮食工程

挑战：

如何准确标定粮食的接触参数；

如何科学地对粮食的宏观流态、流速及卸料质量进行解读。

Altair 解决方案：

运用 Altair^® EDEM^™ 对不同设计的筒仓进行模拟仿真，使用流量统计、速度统计功能及可视化功能对结果进行科学解读。

优点：

分析了粮食的卸料过程，积累了科学的统计方法；

研究了不同的装置卸料过程的流动规律和侧壁压力，为设计提供参考依据；

增加方案验证手段，节约大量实验成本。

郑州中粮科研设计院有限公司（原国家粮食储备局郑州科学研究设计院）创建于1965年，是中国粮食行业历史悠久的专业科研设计单位，具有双甲级资质（商物粮和建筑行业），是AAA诚信单位荣誉的高新技术企业。倡导以技术、服务为核心竞争力的科研、设计、工程、装备相互依托的商业模式，提供粮食仓储、物流、加工、粮食干燥、民用建筑等领域科技研发、规划、咨询、设计、工程承包、装备制造全产业链整体解决方案。

该公司具有工程咨询、工程设计、工程承包、工程监理、机电设备安装资质，具有建筑施工安全生产许可证和压力管道设计许可证，是本行业第一家通过质量、环境、职业健康安全“三标一体化”管理体系认证的单位；拥有国家级权威检测机构、国家级工程实验室、国家级物流工程技术研究中心。并且，公司完成国内外工程设计及承包项目3000余项，获国家、部、省级优设计奖66项；完成国家、部、省级科研课题270余项，获国家、部、省级科学技术进步奖115项，主持编写国家标准50项，获得专利62项。连续多年被评为行业“优秀企业”，是中国粮食流通工程领域研究设计的领导者和主力军。

首先，实际筒仓需要储运各种各样的粮食，粮食形状复杂多样，卸料过程与粮食颗粒的力学性质息息相关。如何建立粮食颗粒的离散元模型，并选取科学的实验对材料的接触参数进行标定显得尤为重要。

其次，卸料过程是一个很难通过多种指标进行表征的动态过程。这个过程必须利用软件的高级后处理功能才能对卸料的宏观流态、卸料平均流速及卸料质量进行统计。

如何科学地设计颗粒参数对标实验和卸料过程的模拟实验？如何科学地使用流量统计、速度统计功能及可视化功能对仿真结果进行解读？如何更好地为筒仓的卸粮装置设计提供参考依据？这些都是摆在设计工程师们面前的种种挑战。

运用 EDEM 对不同设计的筒仓进行数值仿真

粮食颗粒材料标定实验

由于实际筒仓非常大，实验和仿真都比较困难。这里对筒仓进行等比例缩放，重新设计了带有中心减压管的和无中心减压管的实验装置，针对不同粮食的装料和卸料过程进行实验和仿真。

通过仿真对有无中心减压管的两种筒仓物料卸料的宏观流态、卸料平均流速及卸料质量进行了对比，可以发现无中心减压管的筒仓卸料过程主要以整体流动为主，带有中心减压管的筒仓卸料以管状流动为主。中心减压管起到导流作用，使得卸料过程更加流畅。

有中心减压管筒仓试验卸料过程

有中心减压管筒仓仿真卸料过程

有无中心减压管筒仓卸料过程仿真结果对比

同时对两种设计的筒仓侧壁压力进行了分析，通过分层统计可以发现筒仓侧壁最大压力值在锥斗的上部，在卸料过程中无中心减压管的筒仓侧壁82%高度上超压现象更明显。有中心减压管筒仓的最大压力值小于无中心减压管的静态及动态卸载压力值。

有无中心减压管筒仓侧壁压力分析

本案例基于 EDEM 对筒仓内带有辅助装置的卸料过程进行仿真分析，利用软件的流量统计、速度统计功能及可视化功能对仿真结果进行科学的解读。通过分析带有中心减压管的筒仓侧壁压力和流动模式，为筒仓设计提供理论支撑。