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传热耦合模型edem
标题：EDem：一种热耦合模型
热耦合模型EDem是一种用于模拟传热过程的计算模型。
它通过考虑物体内部的温度变化以及与周围环境的热交换来分析传热现象。
EDem模型的独特之处在于它能够准确地捕捉物体内部温度分布的变化，并将其与外部环境的热交换过程相结合。
EDem模型的核心思想是基于离散元方法，它将物体划分为许多小的离散元素，并考虑每个元素之间的热交换作用。
这种方法允许我们更好地理解和预测物体内部的温度分布，并为设计和优化热传导设备提供指导。
通过EDem模型，我们可以模拟各种传热问题，如导热材料的热传导性能、热辐射的传热特性以及流体中的对流传热等。
借助这个模型，我们能够更好地理解和优化热传导过程，提高设备的热效率。
EDem模型的应用范围非常广泛。
在工程领域，它可以用于热管、热交换器、散热器等热传导设备的设计和优化。
在材料科学领域，它可以用于研究导热材料的热传导性能，从而开发更高效的散热材料。
此外，EDem模型还可以应用于建筑领域，用于优化建筑物的能源利用效率，减少能源消耗。
通过EDem模型的应用，我们可以更好地理解和控制传热过程，提高设备的热效率，降低能源消耗。
这将对节能减排和可持续发展产生
积极的影响。
EDem模型是一种热耦合模型，通过离散元方法考虑物体内部的温度变化和与外部环境的热交换，用于模拟和优化传热过程。
它在工程、材料科学和建筑领域具有广泛的应用前景，为提高设备的热效率和节能减排做出了积极的贡献。
通过进一步研究和应用，EDem模型将在未来取得更大的发展和应用潜力。
基于离散元方法的EDEM软件介绍2012年09月离散元方法简介传统的力学研究都是建立在连续性介质假设的基础上的，即认为研究对象是由相互连接没有间隙的大量微团构成。
然而，这种假设在有些领域并不适用，如：岩土力学。
1971年，CUNDALL提出的一种处理非连续介质问题的数值模拟方法，离散元方法（Discrete Element Method，简称DEM），理论基础是结合不同本构关系（应力-应变关系）的牛顿第二定律。
随后，这种方法被越来越广泛的应用于涉及颗粒系统地各个领域。
通过求解系统中每个颗粒的运动学和动力学方程（碰撞力及场力），不断地更新位置和速度信息，从而描述颗粒系统行为。
EDEM软件介绍EDEM主要由三部分组成：Creator、Simulator和Analyst。
Creator是前处理工具，完成几何结构导入和颗粒模型建立等工作；Simulator是求解器，用于模拟颗粒体系的运动过程；Analyst是后处理工具，对计算结果进行各种处理。
图1.1 EDEM结构框架及功能Creator——EDEM的前处理工具EDEM的前处理工具Creator主要完成建模工作，包括：材料参数设置，确定颗粒形状、颗粒产生方法、几何设备导入及运动特性描述等。
Creator的颗粒几何形状建模现实世界中，颗粒状物质形状各异、千差万别，而形状对颗粒体系的运动情况又有着重要的影响。
EDEM的前处理工具可以精确描述颗粒的几何外形，Creator 通过球面填充技术，将颗粒的表面用若干球面的组合表征，不仅能体现颗粒的非球形特征，又可以使颗粒的接触满足球面接触的物理模型。
图1.2 颗粒建模界面图1.3 采用球面填充方法表征颗粒形状图1.4 各种形状的颗粒颗粒工厂技术EDEM特有的颗粒工厂技术（Particle Factory TM），可以根据用户需要，设置颗粒的初始位置、生成速率、颗粒种类、粒径分布等。
图1.5 按正态分布生成的颗粒图1.6 指定颗粒生成的位置（红色区域）EDEM的材料数据库EDEM的材料数据库允许客户将所关注领域内的各种材料整理成库，在每次建模仿真时，直接从库里导出，不仅减少了用户建模时查找数据的繁琐工作，实现了相关数据的管理和积累。
edem 法向累积法向累积技术（法向即 Edge Detection and Enhancement Method，简称Edem）是一种用于图像处理的算法，能够提取图像中的边缘信息。
本文将详细介绍Edem法向累积技术的原理、应用和优势。
一、原理Edem法向累积技术是一种基于边缘检测和增强的图像处理方法。
它通过分析图像中像素之间的差异，确定边缘的位置和形状。
其基本原理如下：1. 边缘检测：Edem通过应用边缘检测算法，如Canny算法、Sobel算法等，来识别图像中的边缘。
这些算法基于图像中像素的灰度差异，寻找灰度变化明显的区域。
2. 边缘增强：在检测到边缘后，Edem会对边缘进行增强处理，使其在图像中更加清晰可见。
增强的方法可以包括锐化、对比度调整等方式，以突出边缘的轮廓。
3. 法向累积：通过对边缘的特征进行分析和累加，Edem可以获得图像中存在的多个边缘方向。
这些方向信息对于后续的图像处理和分析具有重要的意义。
二、应用Edem法向累积技术在许多领域都有广泛的应用。
下面将介绍其中几个主要应用领域：1. 图像识别：Edem可以帮助图像识别算法更准确地分析和处理图像。
通过提取图像中的边缘信息，Edem能够辅助机器学习系统进行目标检测、图像分类等任务。
2. 医学影像：在医学影像领域，Edem可用于辅助医生进行疾病诊断和手术规划。
通过对医学影像中的轮廓和边缘进行提取和增强，医生可以更清晰地观察和分析患者的病情。
3. 视觉导航：Edem技术可以用于无人驾驶、机器人导航等领域。
通过识别道路和障碍物的边缘，系统能够更准确地规划路径，避免碰撞和事故的发生。
三、优势相比其他图像处理方法，Edem法向累积技术具有以下几个优势：1. 高精度：Edem能够准确提取出图像中的边缘信息，实现对图像的高精度处理和分析。
2. 可拓展性：Edem技术可以与其他图像处理算法相结合，形成完整的图像处理流程，适用于不同的应用场景和需求。
EDEM的铲式成穴器工作过程仿真分析王鹏;纪玉杰;李成华【摘要】采用离散元方法研究铲式成穴器在不同垂直和水平倾角下的工作过程.仿真结果表明,随着成穴器垂直倾角的加大,穴孔长度呈线性增加,穴孔宽度先增大后减小;随着成穴器水平倾角的增加,穴孔长度变大,且加大的速度加快,穴孔宽度也变大,但增大的速度减慢.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】铲式成穴器;离散元;仿真【作者】王鹏;纪玉杰;李成华【作者单位】沈阳理工大学机械工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学机械工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学机械工程学院,沈阳110159【正文语种】中文【中图分类】TP391.9;S223.2铲式成穴器是铲式精密播种机的重要组成部分，成穴器的结构是影响播种机工作质量的关键[1]。
文献[2-3]是在二维情况下模拟铲式成穴器的工作过程，没有考虑到成穴器的一些实际工作位置因素。
本文利用EDEM软件模拟成穴器三维情况下的工作过程，使仿真更贴近实际情况。
1.1 铲式成穴器的结构成穴器由轮盘和均布在轮盘圆周上的打穴铲组成，如图1所示。
成穴器与垂直方向形成夹角图中：Rc为成穴器铲轮半径；lc为打穴铲宽度；Hc为打穴铲高度；bc为打穴铲厚度。
β，简称为垂直倾角；与水平方向形成夹角γ，简称为水平倾角；铲轮半径为Rc。
1.2 打穴铲尖端点运动轨迹分析分析打穴铲尖端点在成穴过程中的运动轨迹，分别在地面上设置固定坐标系xyz，在成穴器的转轴中心处设置x′y′z′坐标系，xoz与x′o′z′面重合，x方向是前进方向,如图2所示。
由图2推导整理得到打穴铲端点K在xyz坐标系中的方程为式中φ为成穴器旋转角度。
根据方程(1)绘出打穴铲端点K的运动轨迹，如图3所示。
1.3 成穴器参数对成穴质量的影响成穴过程产生的穴孔长度L等于打穴铲端点K从入土点a′到出土点c′在x轴上的位移量加上打穴铲宽度在x轴方向上的投影量(图3a)，即L=式中ht为成穴器成穴深度(a′c′在z轴上的投影)。
基于EDEM的搅拌机混合均匀度仿真分析*王晓伟 陈庆照 王海洋山东建筑大学 济南 250101摘要：文中针对烧结砖用双轴搅拌机搅拌叶片不同安装角对搅拌混合均匀度的影响进行了仿真研究。
首先分析了物料颗粒性质及其搅拌中的碰撞运动，选择了合适的颗粒接触模型和颗粒模型，其次建立了3种搅拌叶片安装角的搅拌机模型，并利用EDEM仿真软件对搅拌混合过程进行了模拟仿真，对比分析了搅拌叶片不同安装角下的物料离散系数，得到搅拌叶片的最佳安装角度，此时物料离散系数最小，混合均匀度最好。
关键词：双轴搅拌机；EDEM；离散系数；均匀度中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）16-0024-06Abstract: In this paper, the influence of different installation angles of mixing blades on mixing uniformity of double-shaft mixer for sintered brick was simulated. Firstly, the properties of material particles and the collision motion in stirring were analyzed, and the appropriate particle contact model and particle model were selected. Secondly, three mixer models with different installation angles of stirring blades were established, and the stirring process was simulated by EDEM simulation software, so as to compare and analyze the material dispersion coefficient under different installation angles of stirring blades and get the best installation angle of stirring blades with the smallest dispersion coefficient and the best mixing uniformity. Keywords:double-shaft mixer；EDEM；discrete coefficient；uniformity0 引言烧结砖由不同原料搅拌混合后烧制而成，原料混合均匀程度会严重影响烧结砖的烧成质量[1]。
∗基金项目:上海市科学技术委员会科技创新行动计划重大专项(项目名称:自动化集装箱码头智能决策与运行仿真关键技术与能力平台开发,编号:18DZ1100901;项目名称:面向大型港机主结构智能化涂装系统研发及应用示范,编号:18DZ1100901,18DZ1100800)㊂基于EDEM 的多点进料水平螺旋给料机仿真分析∗张有旺1㊀王㊀伟2㊀刘海洋3㊀张卫国3㊀吕锦超41.天津港兴洋机械有限公司㊀2.上海亿博港口工程装备有限公司3.上海海事大学㊀4.上海振华重工电气有限公司㊀㊀摘㊀要:通过离散元软件EDEM,对多点进料水平螺旋给料机的输送过程进行仿真㊂重点考察进料点数量变化对给料机生产率㊁填充率以及轴向输送速度的影响㊂仿真结果显示,生产率㊁填充率随着进料点个数的增加而增大,两者变化趋势一致且存在拐点㊂物料轴向输送速度随着进料点个数的增加而减小,在料态饱和后又保持恒定,不受进料点个数影响㊂这些特点对多点进料水平螺旋输送机的设计具有一定的参考意义㊂㊀㊀关键词:点进料;水平螺旋;EDEM 软件;离散元Simulation Analysis of Multi-point Feeding Horizontal Screw Feeder Based on EDEMZhang Youwang 1㊀Wang Wei 2㊀Liu Haiyang 3㊀Zhang Weiguo 3㊀Lv Jinchao 41㊀Tianjin Port Xingyang Machinery Co.,Ltd.2㊀Shanghai Yibo Port Engineering Equipment Co.,Ltd.3㊀Shanghai Maritime University4㊀Shanghai ZPMC Electric Co.,Ltd.㊀㊀Abstract :Through the discrete element software EDEM,the conveying process of the multi-point feeding horizontalscrew feeder is simulated.Focus on the impact of changes in the number of feeding points on feeder productivity,filling rate and axial conveying speed.The simulation results show that the productivity and filling rate increase with the increase of the number of feeding points,and the trend of the two is consistent and there is an inflection point.The axial conveying speed ofmaterials decreases with the increase of the number of feeding points,and remains constant after the material state is saturat-ed,regardless of the number of feeding points.These characteristics have certain reference significance for the design of multi-point feeding horizontal screw conveyor.㊀㊀Key words :point feeding;horizontal spiral;EDEM software;discrete element1㊀引言水平螺旋输送机是一种散体物料的连续输送机械,主要由内部螺旋体和外层壳体组成㊂水平螺旋输送机的结构形式简单,物料兼容性强,可多点进料㊁出料且易于布置,被广泛应用于食品加工㊁水泥㊁矿粉㊁化工㊁煤炭等行业[1]㊂多点进料水平螺旋给料机是水平螺旋输送机针对特定场合的变形形式,该形式的水平螺旋输送机,由于进料点数目增多,其壳体内部的物料填充率㊁颗粒轴向输送速度㊁生产率等参数可能发生变化,不同于单点进㊁出料的经典输送料态㊂而对于该工况的计算尚未找到合适的计算模型㊂基于此,借助离散元仿真软件EDEM,对多点进料水平螺旋给料机的输送过程进行仿真,着重探究进料点数对生产率的影响㊂2㊀理论分析对于 一进一出 形式的水平螺旋输送机的生产率计算方法是基于单质点理论提出的[2],即选取输送机内螺旋叶片外缘处一点的颗粒运动和受力状态近似代替物料整体的运动状态㊂结合设计手1Port Operation㊀2020.No.6(Serial No.255)册[3]给出的LS型螺旋输送机的计算,生产率(即输送能力)的计算方法为:Q=47D2ntψρC(1)式中,Q为生产率,t/h;D为螺旋直径,m;n为螺旋轴转速,r/min;t为螺距,m;ρ为物料松散密度,t/m3;ψ为物料填充系数;C为输送机倾角系数,水平输送取C=1㊂物料的轴向输送速度v与螺旋转速n的关系[4]为:v=nt/60(2)式中,v为物料轴向输送速度,m/s㊂结合式(1)㊁式(2),得到如下关系式:Q=2820D2vψρ(3)㊀㊀从式(3)可以看出,当螺旋结构参数和物料种类不变时,生产率Q是关于轴向输送度v和填充系数ψ的函数,即:Q v,ψ()=Kvψρ(4)式中,K为螺旋结构系数,K=2820D2㊂基于此,研究多点进料水平螺旋给料机的生产率,需要重点考察在输送过程中填充系数和物料轴向输送速度对生产率的影响㊂由于物料在螺旋输送机内的运动过程较为复杂,经过抽象简化的数学模型不能较为全面地描述物料的实际运动状态㊂而离散元仿真软件EDEM能结合实际工况,模拟物料的输送过程,输出颗粒的多项参数㊂利用仿真软件的这一特点,能较为方便地探究多点进料工况下生产率的影响因素㊂3㊀模型建立多点进料水平螺旋给料机是一种定量放料装置,其原理与水平螺旋输送机一致㊂螺旋给料机的工作转速较慢,间歇工作,兼顾输送和锁料双重功能㊂通过SolidWorks建立多点进料水平螺旋给料机模型(见图1)㊂螺旋体采用实体式螺旋叶片,输送管采用U型截面,壁厚10mm,管壁与叶片的间隙取10mm㊂图1㊀多点进料水平螺旋给料机模型多点进料水平螺旋给料机的模型参数见表1㊂表1㊀多点进料水平螺旋给料机的参数参数数值/mm外管内径D510螺旋直径D s490螺距P390螺旋叶片厚度t10芯轴直径d s220螺旋总长L s10000进料窗口大小510ˑ400料斗大小2000ˑ2000料斗高度H1670料斗间距2500出料口直径D o4004㊀EDEM仿真与分析多点进料水平螺旋给料机的应用场景之一是码头的铁矿石粉料的定量装车㊂针对此场景,进行仿真参数设置㊂4.1㊀参数设置4.1.1㊀颗粒与几何体属性铁矿石粉料的平均粒度约4mm,依据比例放大的理论[5],仿真用颗粒的粒度为40mm,采用球面拟合的方式用3个球形颗粒拼合而成(见图2)㊂图2㊀仿真颗粒模型颗粒使用EDEM内部的GEMM材料库选择,螺旋体和外管选用钢制材料,颗粒和螺旋的材料属性设置见表2㊂表2㊀颗粒和几何体的材料属性材料泊松比剪切模量/Pa密度/(kg㊃m-3)铁矿石0.25 1.0ˑ1074400钢0.3 1.0ˑ10107850注:铁矿石密度为其表观密度,堆积密度一般为2500kg/m3 4.1.2㊀接触模型和接触属性仿真选用Hertz-Mindlin(no-slip)模型[2]㊂颗粒和几何体的接触属性设置见表3㊂表3㊀颗粒和几何体的接触属性相互作用弹性恢复系数静摩擦系数滚动摩擦系数铁矿石-铁矿石0.350.20.05铁矿石-钢0.50.50.0111港口装卸㊀2020年第6期(总第255期)4.1.3㊀运动参数螺旋给料机的转速一般较慢,结合实际工况,仿真选用的螺旋转速为40r /min㊂4.2㊀仿真工况4.2.1㊀颗粒工厂参数颗粒工厂为边长1.5m 的立方体,属性为虚拟体㊂颗粒总数2万个,动态生成㊂为使颗粒快速移出颗粒工厂,保证生成速率,设置下落速度为3m /s㊂4.2.2㊀仿真方案设计根据研究目的,以进料点数量为自变量,给料机的生产率为因变量,其他因素保持不变,设计仿真方案见表4㊂表4㊀仿真方案设计方案1方案2方案3方案4一点进料两点同时进料三点同时进料四点同时进料一点出料一点出料一点出料一点出料单点进料量2万个单点进料量2万个单点进料量2万个单点进料量2万个总进料量2万个总进料量4万个总进料量6万个总进料量8万个㊀㊀依据方案进行仿真,考察每一方案在单位时间内的出料量,统计生产率㊂仿真过程见图3㊂图3㊀方案1仿真过程4.3㊀仿真结果分析4.3.1㊀质量与时间关系通过EDEM 后处理模块,查看仿真100s 时间计算域内物料质量随时间变化的情况(见图4)㊂图4㊀方案1计算域内全时段质量随时间变化的曲线从图4可以看出:在0~2s 内,计算域内质量急剧升高到最大值,此为进料过程;在2~35s 时段,质量最大值不变,此为管内输送过程;在35~85s 时段,质量近似线性减少,此为出料过程;85~100s,质量一直为零,表示物料已全部排出,螺旋空转㊂在全时段中选取出料过程中稳态出料时间段(60~80s),对比4种方案的物料质量随时间变化曲线(见图5)㊂图5㊀60~80s 稳态时段质量随时间变化曲线求出图中4条曲线的斜率,即得到对应4种工况下的生产率Q (见图6)㊂图6㊀4种方案对应的生产率分析图中曲线可知,随着进料点数的增加,生产率增大㊂进料点从1个变到2个,生产率增幅显著,为71.89t /h;进料点从2个到3个㊁从3个到4个,生产率变化较小,增幅分别为7.43t /h 和12.19t /h;进料点从1到2对应的生产率增幅约为2到3的10倍,3到4的6倍㊂因此,在不改变螺旋结构参数和运动参数的条件下,进料点个数从1个增加到2个,能显著增加水平螺旋输送机的生产率㊂在2个进料点的基础上再增加进料点个数,对提高生产率的意义不大㊂另外,随着进料点个数的增加,螺旋机的启动功率增大,需配置更大的电机㊂从整机结构布置和经济角度出发,不推荐设计多于2个进21Port Operation㊀2020.No.6(Serial No.255)料点的水平螺旋给料机㊂结合式(4)的分析,着重考察输送过程稳态时的横截面填充率和轴向输送速度㊂4.3.2㊀横截面的填充率在距离出料口500mm 的位置处设置1个厚度为30mm 的横截面,进行截断分析㊂查看稳态输送过程中,物料在横截面内的分布情况,考察不同方案下的物料的填充率㊂截断分析视图中颗粒的分布情况见图7㊂图7㊀稳态输送时截断面内颗粒分布从图7中颗粒分布数量能较为明显地看出,进料口数增加,横截面物料的填充率增加,即对应式(4)中的ψ增大㊂通过EDEM 后处理模块,导出稳态输送时段,截断薄片区域内的颗粒数量来考察填充率的变化㊂方案1至方案4的变化结果见图8㊂图8㊀横截面内填充率的变化分析图中曲线,从整体趋势看,随着进料点数的增加,横截面物料的填充率不断增大㊂当进料点从1个增加到2个时,填充率增大幅度明显;当进料点从2个增加到3个㊁3个增加到4个时,填充率增大幅度较小,无明显浮动㊂原因是进料点数从1变到2,使得单位时间内进入输送机的物料增多,填充率明显增加㊂而2个进料点同时进料已使螺旋内部物料填充率接近1,故再增加进料点个数,对改变填充率的大小无明显意义㊂对比图6和图8,易见2条曲线变化趋势出现高度一致性,即生产率与填充率存在较为明显的线性相关性,通过提高填充率可直接有效地提高生产率㊂4.3.3㊀物料的轴向输送速度在距离出料口500mm 的位置处布置1个圆柱形速度传感器(Velocity Profile Sensor),传感器厚度40mm,以考察物料的轴向输送速度(沿X 正方向,见图9)㊂图9㊀布置速度传感器导出方案1到方案4稳态输送过程中物料轴向输送速度的平均值(见图10)㊂图10㊀物料颗粒的平均轴向输送速度分析图中曲线,从1个进料口到2个进料口,物料的轴向输送速度降势明显,之后的数据虽出现小幅波动但数值基本恒定,可以认为其速度不变㊂结合填充率的变化分析,从方案1到方案2,速度值发生明显变化的原因是1个螺距内物料填充增多,在螺旋转动过程中物料翻滚现象明显,物料之间的碰撞概率增加,降低了物料延轴向输送的平均速度㊂在转速不变的情况下,再增加进料点个数,已无法改变物料输送的轴向速度㊂因为物料的填充在该情形下已经处于 饱和 状态,内部达到动态平衡,外界输入量变化已无法对其产生显著影响㊂5㊀结语通过上述分析,得到如下结论:(1)在螺旋结构参数和转速不变时,随着进料点数量的增加,生产率增大㊂生产率与进料点个数的变化规律呈非线性特征且存在明显拐点,仿真案例的拐点出现在第2个进料点㊂以此推测,不同螺(下转第51页)31港口装卸㊀2020年第6期(总第255期)指令,由AGV自行完成循环充电;橙色代表电池电量进入预警状态,在做完当前任务后,系统会单独派发AGV充电的指令;红色代表电池电量进入危险状态,系统会立即派发AGV充电的指令㊂循环充电管理系统的核心在于对AGV橙色区域的管理,要充分考虑码头作业的繁忙程度和AGV的电量信息,做到统筹兼顾㊂7㊀结语阐述了分布式浅充浅放循环充电系统的开发过程,通过对码头工况㊁AGV作业循环等关键数据分析,确定AGV动力电池系统架构;通过对码头平面布局的研究,确定循环充电设备安装方案;通过对锂电池浅充浅放特性的运用,将电池寿命极大延长㊂分布式浅充浅放循环充电技术可以有效解决换电式及定点充电式AGV存在的诸多弊端,对降低码头建设成本㊁提升运行效率有较大帮助㊂该系统已在青岛港自动化码头成功应用,经济社会效益显著,具有广阔的推广价值㊂参考文献[1]㊀金祺,罗勋杰,韩保爽.自动化集装箱码头水平运输设备选型[J].水运工程,2016(9):87-90.[2]㊀王伟,孙秀良,徐哲,等.一种自动化集装箱码头纯电动AGV充电方式[J].港口装卸,2019(2):1-2. [3]㊀王伟,张连钢,唐立辉,等.自动化集装箱码头水平运输动力系统设计[J].港口装卸,2016(2):30-31. [4]㊀张国安.锂离子电池特性研究[J].电子测量技术,2014,37(10):41-45.[5]㊀高琛,黄碧雄,严晓.钛酸锂电池低温特性研究[J].上海工程技术大学学报,2019,33(1):21-25.朱林:266000,山东省青岛市黄岛区汉江路收稿日期:2020-07-15DOI:10.3963/j.issn.1000-8969.2020.06.013(上接第13页)旋结构参数,不同转速对应的生产率拐点不同㊂因此,在设计多点进料水平螺旋给料机时,应合理把握进料点的数量㊂(2)在螺旋结构参数和转速不变时,随着进料点数量的增加,物料填充率增大且填充率随进料点个数的变化规律与生产率的变化规律一致,呈非线性特征,也具有对应的拐点㊂因此生产率是填充率的线性函数,控制填充率的大小将直接影响生产率的改变㊂(3)在螺旋结构参数和转速不变时,在螺旋内部填充率未达饱和态前,物料的轴向输送速度与进料点个数呈负相关关系,即轴向输送速度随着进料点个数的增加而降低㊂当填充率达饱和态时,物料的轴向输送速度不受进料点个数增加的影响㊂参考文献[1]㊀乌兰图雅,王春光.螺旋输送装置的研究现状及未来发展[J].农机化研究,2014(11):244-248. 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2016.No010 2摘 要 随着数值仿真技术的发展，EDEM离散元软件在解决工程问题中发挥着越来越重要的作用。
本文介绍了离散元法的基本原理，通过与PFC离散元软件的对比说明了EDEM软件的功能特点；在阅读大量文献的基础上梳理了EDEM在农业、工业以及土木工程领域的应用情况，并分析了EDEM离散元软件的最新进展以及未来的发展趋势。
关键词 离散元 数值仿真 非连续统 颗粒流0 引言离散元法（Distinct Element Method，DEM）是由Peter Cundall于1971年提出的一种针对复杂非连续系统的动力学问题的新型数值方法。
该方法适用于在准动、静力条件下的块状集合或节理系统的力学问题的研究，最初用来分析岩石边坡的运动。
1980年开始，Cundall等人把离散元法的思想运用到颗粒状物质的微破裂、破裂扩展和颗粒流动等问题研究上[1-2]。
此后，离散元法在理论研究及应用方面均取得了许多进展，逐步运用到化工、土木、农业、矿业等领域中。
在离散元法的发展过程中，多款离散元软件陆续被开发出来。
目前，Peter Cundall加盟的ITASCA工程咨询公司是国际上开发离散元法软件最出名的软件公司。
该公司开发出了二维UDEC(Universal Distinct Element Code)、三维3DEC(3-Dimensional Distinct Element Code)和PFC2/3D（particle flow code in 2/3 dimensions）等离散元程序。
其中UDEC、3DEC是基于显式解题方案的计算工具，为岩土工程提供精确有效分析，特别适用于固体介质在荷载作用下的动静态问题处理。
PFC2/3D是ITASCA公司针对岩体工程中破裂和破裂发展问题EDEM及其应用研究与最新进展王 雪 何 立 周开发（重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074）开发出的离散元程序，它可以模拟任意大小、任意形状的二维或三维颗粒的运动情况，并能够分析颗粒与颗粒之间的强大作用[3]。
此外，常用的离散元软件有英国DEM-Solution公司开发的EDEM软件，国内由中科院推出的将有限元与块体离散元有机结合的GDEM软件以及中冶赛迪公司推出的具有自主知识产权的StreamDEM软件。
近年来，理论研究与实践应用表明，在这些离散元法软件中，EDEM友好的图形化操作界面及其先进功能、定制选项和耦合模块的能力使其脱颖而出，占了极大的优势，同时，提供了在多种产业中的独特案例研究。
故本文首先对EDEM的基本原理及其功能特点作了简要介绍，并与PFC软件作对比分析；其次，分析了EDEM软件在农业、工业和土木工程中的应用实例；最后探讨了EDEM的最近进展。
1 EDEM的原理及其功能特点1.1 EDEM的原理离散元方法的基本原理，不同于有限元法。
有限元法是将所研究的有限区域进行网格划分形成若干个单元，单元之间完全连续。
但是，离散元法是将求解空间离散为离散单元阵，各个单元之间是不连续的、可分离的，即一个单元可以与其相邻的单元接触或分开[3]。
EDEM在处理实际问题时，相邻两单元之间采用合适的连接元件进行连接。
单元之间的相对位移是一个基本变量，单元之间法向、切向的作用力根据力和相对位移的关系而求解；部分单元的运动状态则通过该单元的受力情况按牛顿第二运动定律确定[4]。
具体方法是，首先对单元所受到的其它单元对其的4.2 根据地形选择固坡植物由于地形的多样性，我们在设计不同种类植物的配置上必须做到因地制宜，搭配合理。
对于较缓的坡面，护坡的目的仅仅是防止表层土粒被雨水带走，形成冲沟，则应该选择根系短而多，覆盖面积大的植物：对于较陡的土石坡，稳定坡体为第一目的，则应该选择根系延伸较长的植物。
4.3 采用混合播种技术一种植物往往不能完全达到各个方面的设计目的，因此，我们需要将不同种植物的优势结合起来。
狗牙根有良好的护坡功效，但绿色期短；而高羊茅护坡效果好，绿期也长但是不耐热。
白三叶护坡效果较差但是覆盖好，能美化环境。
而且，单一植被也有易于退化、抗病抗灾能力弱的缺点。
所以，在设计时，我们可以采用多种植物混合播种的技术，以增加植物的多样性，这能有效提高工程的可靠性和美观度。
5 总结随着人们生活质量的提高，对周围环境的要求也越来越高。
采用生态固坡方法加固边坡是一种趋势。
但是现在的生态固坡还仅仅是作为一种辅助性办法来使用，没有定性定量的数据和计算方法来支撑其作为一种主要承力手段。
我国对植物固坡的研究起步较晚，但相信随着研究的深入和资料的累积，植物固坡的方法会被逐渐在更多场合被应用。
参考文献[1]封金财，王建华.乔木根系固坡作用机理的研究进展[J]. 铁道建筑，2004(3).[2]张弦，陈强.高速公路边坡植物固坡技术探讨及工程应用[J].公路交通科技：应用技术版.[3]周跃，等.乔木侧根对土体的斜向牵引效应：原理和数学模型[J].山地学报，1997，17（1）：4-9.[4]宋云.谈植物固土的边坡稳定机理[J].森林工程，2004，9(20)：5.[5]王可钧，李焯芬.植物固坡的力学简析[J].岩石力学与工程学报，1998，17(6):687～691.2016.No103作用力以及其它物理场对其的作用力求出合力、合力矩；再依据牛顿运动第二定律求得该单元的运动加速度；然后对加速度进行时间积分，得出该单元的速度与位移，从而可以得到该单元在任意时刻的速度、加速度、角速度、线位移和转角等物理量。
EDEM通过这种方法，可以循环计算追踪每一个单元在各个时刻的运动状态，直至这些单元都达到平衡状态，具体的循环计算流程如图1所示。
1.2 EDEM和PFC的功能特点对比目前，国际上比较成熟且运用较广泛的离散元法软件有PFC(2/3D)和EDEM。
下面，对这两种软件的功能特点作对比分析。
1）用户操作界面。
无论是建模、求解还是后处理，EDEM 的参数输入皆是图形化的，且能自动计算生成数据，而无需撰写命令流。
PFC软件的界面尽管也是图形化，但建模、求解、后处理大多需要通过FISH语言和命令来完成。
相比较之下，PFC的学习难度更大，而EDEM软件更易上手使用。
2）几何结构建模。
PFC软件不能与其他软件相接，其结构体边界需要通过命令方式来进行构建。
EDEM软件则支持CATIA、SolidWorks、UG等主流CAD软件直接导入几何模型，并且还可通过Gambit等软件对导入的几何模型进行详细的网络划分。
3）适用领域。
PFC是自主输入命令流来创建模型，然后进行模拟。
只要掌握建模所需的程序语言，即可应用于解决各个领域中的复杂力学问题。
而EDEM只能直接模拟一些相对比较简单的三维模型，较为复杂的模型则需要由其他软件先创建CAD模型再导入。
虽然直接导入功能较为简便，但由于参数设定都是图形化直接输入固定值，限定了仿真模拟的复杂程度。
因此，PFC解决复杂问题的功能强于EDEM。
4）颗粒计算量和求解速率。
根据工程计算案例，PFC的颗粒数最多为十几万，且每台电脑只能使用单核计算，计算效率严重受网络数据传输速率限制。
而EDEM的颗粒量可达到数百万量级，在标准的新型测试案例中，EDEM甚至能包含上千万颗粒，并且EDEM是采用OpenMP共享内存式的多核多线程并行计算，不存在网络数据传输限制。
因此，相对于PFC来说，EDEM的颗粒计算量更大、求解速率更快。
5）耦合计算。
EDEM能通过现阶段已开发出的EDEM-CFD和EDEM-ADAMS耦合工具来与流体力学和多体动力学软件进行耦合，同时，EDEM还可以将颗粒对结构体的作用力分布信息输出成特定的数据文件，直接导入到如ANSYS等有限元软件中进行结构体受力分析。
而PFC软件则没有此类功能。
综上分析可知，EDEM和PFC各有其优越性，但是EDEM在颗粒计算量和求解速率以及耦合计算分析等方面有明显的优势。
2 EDEM在实际工程中的应用2.1 在农业工程中的应用在农业领域的研究中，谷料排种器的排种研究占据非常重要的部分。
由于在研究传统的排种器时需要大量简化，并假设颗粒与颗粒之间、颗粒与排种器壳之间存在相互作用，故为了准确研究排种机构的工作过程，并真实地反映出物料颗粒在定量分配过程中的复杂力学问题及其运动学规律，引入了以离散元法为理论基础的EDEM软件。
王福林[5]等人以大豆的普通排种机构为例，探究了将EDEM 颗粒体仿真技术应用于农业物料研究的可行性。
通过跟踪计算颗粒的移动情况，他们得出了每个颗粒的速度、颗粒碰撞磨损的能量以及系统组分碰撞的强度等多组数据。
然后，他们再把仿真计算得到的数据绘制成图表，与台架排种器的实验效果进行对比。
对比分析发现，仿真的数据与实验数据十分吻合，甚至更为精细。
这表明，EDEM的仿真技术能有效直观地模拟出大豆排种机构的工作原理，这更有利于高效、便捷地对排种机理进行深入研究。
廖庆喜[6]等人利用EDEM软件建立了离心式排种器的三维仿真模型，研究了油菜籽的运动规律，并探讨了内锥筒中油菜籽质量对临界转速、内锥筒转速对总排种量的影响。
对比软件仿真结果和试验结果可得出二者变化规律基本一致，由此证明了EDEM模拟仿真的正确性和可行性。
史嵩[7]等人以气压组合孔氏排种器为载体，借助EDEM软件来研究种群扰动强度对排种器充种性能的影响。
通过对4种排种盘进行数值模拟，得到了漏冲力与法向应力跳动量、排种盘转速的关系。
同时，数字模拟结果与台架试验结果进行对比分析，研究发现：较大的干扰强度能有效地降低种子的内部摩擦，提高排种器的种子填充率。
王金武[8]等人运用EDEM软件对指夹式精量排种器的性能进行了模拟实验，研究了充种夹持过程中玉米籽粒的尺寸及工作转速对指夹夹持性能的影响，以及不同粒级玉米种子重复播种和缺苗的主要原因。
模拟实验的主要结果是：各尺寸等级籽粒的排种性能与排种器的工作转速成反比。
仿真结果为指夹式精量排种器的优化提供了设计参考。
为了改良排种器并研制新型排种器，心男[9]用DEM（离散元法）对气吹式排种器中的大豆种子颗粒进行离散相处理，同时用CFD（流体力学方法）将气体按连续相处理。
他基于EDEM和FLUENT软件的耦合作用，对排种器的工作过程进行了仿真模拟。
通过分析耦合仿真和台架试验的数据，可得出对比实验存在的相对误差较小，在5%以内。
就此说明了EDEM仿真模拟是非常理想的一种试验方式，且它对参数的设定与控制更为精准。
2.2 在工业工程中的应用在工业领域中，螺旋输送机应用广泛。
尽管其结构简单，输送过程却相当复杂。
在传统的机械设计中，设计师大都依赖于经验数据，且设计周期长、工作量大，因此现在许多研究是通过计算机仿真模拟来获得最优的设计结果。
刘伟立[10]等人利用EDEM软件，对螺旋输送机进行了模拟和分析。
