从质量流向漏斗流转变过程中的动力学分析

摘要

球床模块式高温气冷堆的堆芯是全陶瓷型包覆铀燃料制成的球形颗粒,与石墨颗粒混合堆积而成,堆芯颗粒流的流态取决于颗粒尺度的平移、旋转等动力学量,以及力链、涡旋等介尺度物理量。为了分析颗粒的平移、旋转等动力学量对颗粒流流态的影响。基于筒仓颗粒流的物理模型,首先开展了筒仓颗粒流流变过程的实验测量,并使用基于Hertz-Mindlin和RVD(relative velocity dependent)滚动摩擦接触模型的离散单元法(distinct element method,DEM),研究了锥形筒仓颗粒流流变过程中球形颗粒的动力学量。进一步,基于DEM计算结果进行分析,发现筒仓自上而下呈现出质量流向漏斗流过渡的混合流状态。在筒仓混合流的不同流型区域中,平移速度和旋转速度之间的相关性是相反的;颗粒间的相对切向运动较大的区域集中在漏斗流区域与边壁区域。了解筒仓流变过程中颗粒的动力学特征,有助于优化筒仓颗粒流动,并减少颗粒表面的磨损。