Drag force and frictional resistances in vertically vibrated dense granular media
Halabia, Ali (2006)
Diplomityö
Halabia, Ali
2006
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe200906011579
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe200906011579
Tiivistelmä
The objective of this thesis is to shed light on the vertical vibration of granular materials for potential interest in the power generation industry. The main focus is investigating the drag force and frictional resistance that influence the movement of a granular material (in the form of glass beads) contained in a vessel, which is subjected to sinusoidal oscillation.
The thesis is divided into three parts: theoretical analysis, experiments and computer simulations. The theoretical part of this study presents the underlying physical phenomena of the vibration of granular materials. Experiments are designed to determine fundamental parameters that contribute to the behavior of vibrating granular media. Numerical simulations include the use of three different software applications: FLUENT, LS-DYNA and ANSYS Workbench. The goal of these simulations is to test theoretical and semiempirical models for granular materials in order to validate their compatibility with the experimental findings, to assist in predicting their behavior, and to estimate quantities that are hard to measure in laboratory. Rakeisilla materiaaleilla on mahdollisia energiateollisuuden sovellutuksia, kuten esimerkiksi leijukerrospoltto. Tämän diplomityön tavoitteena on valaista rakeisen materiaalin käyttäytymistä pystysuuntaisen värähtelyn alaisena. Erityisesti työssä on keskitytty tarkastelemaan vastus- ja kitkavoimia, jotka vaikuttavat rakeisen materiaalin liikkeeseen astiassa, joka on sinimuotoisessa värähtelyliikkeessä.
Diplomityö koostuu kolmesta osasta: teoreettisesta tarkastelusta, kokeellisesta osasta ja tietokonesimulaatioista. Teoriaosassa käsitellään värähtelevään rakeiseen materiaaliin liittyviä fysikaalisia ilmiöitä ja kokeellisessa osassa pyritään vastaavasti määrittelemään perusparametrit, jotka vaikuttavat värähtelyssä olevan rakeisen materiaalin käyttäytymiseen.
Simulaatio-osan numeerisessa laskennassa on käytetty FLUENT, LS-DYNA ja ANSYS Workbench ohjelmistoja. Tämän simulaatio-osan tavoitteena on testata teoreettisten ja puoliempiiristen rakeisen materiaalin mallien soveltuvuutta kokeiden tuloksien avulla. Simulaatioiden tavoitteena on myös ennustaa kyseisten mallien käyttäytymistä ja arvioida suureita joita on vaikea mitata kokeellisesti.
The thesis is divided into three parts: theoretical analysis, experiments and computer simulations. The theoretical part of this study presents the underlying physical phenomena of the vibration of granular materials. Experiments are designed to determine fundamental parameters that contribute to the behavior of vibrating granular media. Numerical simulations include the use of three different software applications: FLUENT, LS-DYNA and ANSYS Workbench. The goal of these simulations is to test theoretical and semiempirical models for granular materials in order to validate their compatibility with the experimental findings, to assist in predicting their behavior, and to estimate quantities that are hard to measure in laboratory.
Diplomityö koostuu kolmesta osasta: teoreettisesta tarkastelusta, kokeellisesta osasta ja tietokonesimulaatioista. Teoriaosassa käsitellään värähtelevään rakeiseen materiaaliin liittyviä fysikaalisia ilmiöitä ja kokeellisessa osassa pyritään vastaavasti määrittelemään perusparametrit, jotka vaikuttavat värähtelyssä olevan rakeisen materiaalin käyttäytymiseen.
Simulaatio-osan numeerisessa laskennassa on käytetty FLUENT, LS-DYNA ja ANSYS Workbench ohjelmistoja. Tämän simulaatio-osan tavoitteena on testata teoreettisten ja puoliempiiristen rakeisen materiaalin mallien soveltuvuutta kokeiden tuloksien avulla. Simulaatioiden tavoitteena on myös ennustaa kyseisten mallien käyttäytymistä ja arvioida suureita joita on vaikea mitata kokeellisesti.