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专利号: 2024107747137
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于CFD‑DEM热力耦合的茶叶研磨力学特性数值计算方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1:采集不同研磨时间下绿茶粉颗粒样品电镜图;

步骤2:通过测量电镜图中茶粉颗粒的长宽比建立茶粉颗粒模型;

步骤3:在不同研磨时间下分别进行茶粉颗粒堆积的物理实验和离散元法模拟仿真,测量粉体锥形堆的休止角,基于物理实验休止角的变化规律,标定模拟仿真中茶粉颗粒的相互作用参数;相互作用参数包括滚动摩擦系数A和静摩擦系数B,茶粉颗粒相互作用参数与休止角θ的关系函数式:

2 2

θ=k1‑k2A+k3B+k4AB+k5A+k6B

其中,k1至k6为多项式系数;

单目标多元化优化模型:

θ(A,B)=θi

约束:

其中,θi表示物理实验的休止角;

基于单目标多元优化模型,计算获得茶粉颗粒相互作用参数的滚动摩擦系数A与静摩擦系数B的解集;

步骤4:采集研磨温度,并结合茶粉颗粒模型与标定的茶粉颗粒相互作用参数,通过耦合接口,搭建计算机流体动力学与离散元法CFD‑DEM耦合仿真模型,用于茶粉研磨过程的仿真,研究茶粉颗粒的力学特性。

2.根据权利要求1所述的基于CFD‑DEM热力耦合的茶叶研磨力学特性数值计算方法,其特征在于:所述步骤2中,通过测量电镜图中茶粉颗粒的长宽比建立茶粉颗粒形状模型,并对颗粒轮廓形状进行统计性分析,简化颗粒形状模型,基于简化的茶粉颗粒形状模型,构建茶粉颗粒典型轮廓模型。

3.根据权利要求2所述的基于CFD‑DEM热力耦合的茶叶研磨力学特性数值计算方法,其特征在于:所述茶粉颗粒典型轮廓模型的构建,包括如下步骤:首先,对茶粉颗粒的电镜图进行预处理,提取绿茶粉颗粒的轮廓;对图片进行填充处理;再对颗粒轮廓尺寸进行测量,经统计性分析后,得到茶粉颗粒轮廓长宽比主要分布一组范围;

然后,在每个长宽比范围内选取多个茶粉颗粒并测量其轮廓尺寸的平均值,作为该范围内的典型代表颗粒轮廓。

4.根据权利要求1所述的基于CFD‑DEM热力耦合的茶叶研磨力学特性数值计算方法,其特征在于:所述步骤3中的物理实验,是通过注入法测量不同研磨时间下绿茶粉颗粒堆积后的休止角,将漏斗置于支架上,漏斗底部与水平面保持一定距离,将茶粉颗粒从漏斗上方缓慢加入,使茶粉颗粒因自身重力下落,从漏斗底部漏出来的茶粉颗粒在水平面上形成圆锥状堆积体,该锥形堆的锥体的倾斜角即为物理实验的休止角。

5.根据权利要求1所述的基于CFD‑DEM热力耦合的茶叶研磨力学特性数值计算方法,其特征在于:所述步骤3中的模拟仿真,是采用空心圆柱法模拟茶粉颗粒在漏斗中的自由落体运动,向放置于底座上的空心圆柱填充茶粉颗粒,然后以特定的速度抬升圆柱体,以使茶粉颗粒在自身重力作用下流动,在底座上形成圆锥形堆,基于离散元法对圆锥形堆切片和角度测量,得到模拟仿真的休止角。

6.根据权利要求1所述的基于CFD‑DEM热力耦合的茶叶研磨力学特性数值计算方法,其特征在于:所述步骤3中,通过改变离散元法模拟仿真中茶粉颗粒的相互作用参数,获得不同模拟测试集的休止角,基于不同模拟测试集获得的休止角,绘制休止角的响应曲面图,同时,计算茶粉颗粒相互作用参数与休止角的关系函数;以物理实验的休止角为目标,以相互作用参数的范围为约束,建立单目标多元优化模型,基于单目标多元优化模型,计算获得茶粉颗粒相互作用参数。

7.根据权利要求1所述的基于CFD‑DEM热力耦合的茶叶研磨力学特性数值计算方法,其特征在于:将所述解集带入到其他研磨时间下茶粉颗粒样品的模拟仿真中,通过对比模拟仿真所得的休止角与物理实验休止角,对所述解集进行适用性验证。

8.根据权利要求1所述的基于CFD‑DEM热力耦合的茶叶研磨力学特性数值计算方法,其特征在于:所述步骤4中,基于DPM耦合接口搭建CFD‑DEM耦合仿真模型,分别对离散元仿真软件和计算流体动力学软件进行参数配置,在离散元仿真软件中配置茶粉颗粒的相互作用参数,并导入茶粉颗粒形状、研磨机信息,为不同的相互作用建立模型,并为茶粉颗粒添加温度更新;在计算流体动力学软件中配置时间、重力、材料属性。

9.根据权利要求8所述的基于CFD‑DEM热力耦合的茶叶研磨力学特性数值计算方法,其特征在于:在计算流体动力学软件中开启多相流模型与离散相,以建立耦合接口;分析计算颗粒的力学特性:颗粒碰撞频率、颗粒间相互作用力、颗粒间热传递和颗粒运动行为。