基于光滑粒子流體動力學（SPH）方法的環模制粒成型數值模擬方法研究

■孫萬峰 王 禹 孫 宇 武 凱

(南京理工大學機械工程學院，江蘇南京 210094)

環模制粒工藝及裝備以其穩定的生產能力被廣 泛應用于生物質能源和飼料工業等領域，目前存在成型能耗高、設備磨損快、制品品質不穩定的問題[1]。為了突破這些技術難題，工程上往往采用試驗探索的方法。此外，一旦物料或設備變化，則需要重新試驗，效率低、成本高、效果差。而通過數值模擬的方法來代替試驗探索則能有效解決這一問題[2]。

目前，成型過程數值模擬相關研究主要結合有限元法和計算流體力學法進行，忽略松散物料顆粒間的相互作用[3]。然而，環模制粒致密成型過程實際上是物料在模輥壓力作用下從松散狀態變為致密狀態的過程，原料顆粒間的相互作用對成型工藝有至關重要的影響[4-5]。此外，環模制粒過程具有非連續循環壓制特征，物料被少量多次壓入模孔中，并被逐漸擠出。因此，必須考慮顆粒間的相互作用和非連續多次壓制條件，從而使仿真與工程實際更吻合。

單個模孔中物料的成型過程是能反映環模制粒工藝特點的最小核心單元。目前對于環模制粒成型機理的研究，多采用將制粒過程簡化為單孔擠壓等方式進行[6]，試驗既能反映物料在模孔內受壓并擠出的核心過程[7]，又能降低試驗（仿真）成本和難度。

光滑粒子流體動力學（smoothed particle hydrodynamics，SPH）是近20多年來逐步發展起來的一種無網格方法，其主要優點是可以處理基于網格的更大的局部變形[8]。這種方法于1997年引入[9]，最初用于天體物理學中的問題，之后進一步發展將SPH擴展到固體力學[10]。……