بررسی تاثیر شکل دانه بر ساختار بستر و خصوصیات جریان خروجی از سیلوها با استفاده از شبیه سازی عددی به روش المان های مجزا (DEM)

به منظور بررسی اثرات شکل دانه روی ساختار مواد در سیلو ها و رفتار آنها در حین تخلیه، از یک مدل DEM که قادر است دانه های غیر کروی تولید نماید، استفاده شد. سیلوی شبیه سازی شده از نوع کف مسطح با عرض 100 سانتی متر و متشکل از دو محفظه مجزای بالایی و پایینی تشکیل شد به طوری که دانه ها ابتدا در قسمت بالا به صورت فله انباشته، و سپس با حذف دریچه، اجازه تخل یه مواد به قسمت پایین داده می شد. جهت بررسی اثرات شکل دانه ها چهار بار متفاوت با چهار شکل دانه مختلف ولی حجم ثابت شبیه سازی شد، به گونه ای که چهار نوع دانه میله ای شکل با نسبت های طول به قطر مختلف از یک الی 4 میلی متر ایجاد گردید. تعداد کل دانه ها در هر بار 5000 بود و برای این که ارتفاع سیلوی شبیه سازی شده نزدیک به ارتفاع سیلو های واقعی باشد دانه ها همگی در یک لایه عمودی تولید شدند. توزیع بخش جامد در بستر مواد نشان داد که با بلندتر شدن شکل دانه ها این توزیع به سمت نرمال نزدیک تر می گردد. علاوه بر این بستر مو اد تشکیل شده از دانه های کروی نشان دهنده نواحی با تراکم زیاد است که توسط باریکه هایی از مواد با تراکم کم از هم جدا شده اند. مشاهده شد که با میله ای شدن هر چه بیشتر شکل دانه ها سطح نواحی متراکم کم ولی تعداد آنها افزایش می یابد به طوری که در بستر متشکل از دانه های با نسبت طول به قطر چهار تعد اد این نواحی به قدری زیاد می شود که از هم قابل تشخیص نیستند. از طرف دیگر با افزایش طول دانه ها ارتفاع بستر افزایش یافته که نشان دهنده وجود تخلخل بیشتر در این گونه مواد نسبت به مواد کروی است. رفتار مواد در هنگام تخلیه نشان می دهد که تفاوت فاحشی بین مواد کروی و میله ای شکل وجود دارد، در حالی که حرکت دان ه های کروی به صورت اجسامی مستقل در داخل توده مواد صورت گرفته و در نتیجه یک جریان خروجی یکنواخ تی با مقاومت برشی کم ایجاد می شود؛ مواد متشکل از دانه های میله ای در هنگام تخلیه از خود مقاومت برشی بیشتری بروز داده که این امر به دلیل قفل شدن دانه ها در داخل هم می باشد. قفل شدن دانه ها با هم در حین تخلیه سبب بروز پدیده پل در مواد می گردد. تشکیل و شکسته شدن مکرر پل در بستر اینگونه مواد سبب یک جریان تخلیه نامنظم و بهمن وار می شو د که در تصاویر به دست آمده از شبیه سازی کاملا قابل مشاهده بود. در نتیجه این گونه رفتار مواد میله ای، شدت جریان خروجی کمتری نسبت به مواد کروی به دست آم د. بر اساس نتایج به دست آمده لازم است در شبیه سازی مواد کشاورزی با دانه های م یله ای، دانه هایی در مدل ایجاد شود که به شکل واقعی دانه ها نسبتا نزدیک تر باشد.