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Parametric Research of Granular Flow in Silos: A Micro- Mechanical Approach

  • Rivera, David [1] ; Ávila, Alvaro [2] ; Ávila, Carlos [2]
    1. [1] University of Exeter

      University of Exeter

      Exeter District, Reino Unido

    2. [2] Universidad UTE, Departamento de Ciencias, Ingeniería y Construcción, Quito, Ecuador
  • Localización: Revista Politécnica, ISSN-e 2477-8990, Vol. 52, Nº. 2, 2023 (Ejemplar dedicado a: Revista Politécnica), págs. 37-46
  • Idioma: inglés
  • DOI: 10.33333/rp.vol52n2.04
  • Títulos paralelos:
    • Estudio Paramétrico del Flujo Granular en Silos: Una Aproximación Micro-Mecánica
  • Enlaces
  • Resumen
    • español

      El estudio del material granular almacenado en silos se lo ha realizado habitualmente con las formulaciones de la mecánica del medio continuo y los elementos finitos. Sin embargo, existen diversas limitaciones al cuantificar la interacción entre partículas y su comportamiento individual. Por lo tanto, se plantea la utilización del método del elemento discreto (DEM) para evitar las limitaciones intrínsecas de modelos continuos en el análisis del flujo de maíz (materia granular) durante los procesos de descarga en silos. El elemento discreto es una eficaz herramienta mecánico-computacional que permite modelar ensambles granulares al considerar sus propiedades físicas y mecánicas tanto al nivel individual como de conglomerado. En esta investigación, los ensambles diseñados son representaciones numéricas de granos de maíz almacenado en silos. Los resultados de las simulaciones se cuantifican en términos de perfiles de velocidad, cadenas de fuerza, esfuerzos en las paredes del silo, y deformaciones del conglomerado granular. Uno de los principales hallazgos de esta investigación es la importancia del ángulo de reposo del maíz en la descarga de silos ya que los esfuerzos, deformaciones y cadenas de fuerza varían dependiendo de este valor (27°).

       

    • English

      The study of granular materials stored in silos is traditionally conducted with postulates and definitions of the continuum mechanics. Specific interactions of the granular matter into the silo (e.g. contact forces or velocity) are not quantified in this theory. Considering this limitation, the purpose of this research is to study the granular flow of corn particles and their interactions during the silo discharge by means of micro-mechanical methodologies i.e., the discrete element method (DEM). DEM is a numerical technique that allows to model granular assemblies based on their mechanical, physical properties and interactions. In this study, assemblies constructed with representative particles of corn have been developed. Velocity profiles, stresses in the silo walls, force chains and deformations of the bulk are the generated outcomes after running the simulation cases. In conclusion, the repose angle of the stored material plays a starring role in the mechanical response of the granular matter in the silo. Wall stresses, force chains and deformations increased when the silo hopper is lower than the repose angle of the corn granular assembly (27°).

  • Referencias bibliográficas
    • Andrade, J. E., Lim, K.-W., Avila, C. F., & Vlahini´c, I. (2012). Granular element method for computational particle mechanics. Computer...
    • Avila, C., & Andrade, J. (2012). Advances in multiscale modeling and characterization of granular matter. Procedia IUTAM, 3, 157–171....
    • Baars, S. Van. (1995). Discrete element modelling of granular materials [Delft University of Technology]. https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3A9ccd2776-6cd4-4536-b827-7feb49fda7bb
    • Babié, M. (1988). Discrete Particle Numerical Simulation of Granular Material Behavior [Clarkson University]. https://lin-web.clarkson.edu/~hhshen/teaching%20links/DEM%20document.pdf
    • Benyamine, M., Aussillous, P., & Dalloz-Dubrujeaud, B. (2017). Discharge flow of a granular media from a silo: effect of the packing fraction...
    • Boac, J. M. (2010). Quality changes, dust generation, and commingling during grain elevator handling [Kansas State University]. https://krex.k-state.edu/bitstream/handle/2097/2373/JosephineBoac2010.pdf?sequence=3&isAllowed=y
    • Brown, J. (2007). Numerical analysis of silo discharge [LUND University]. https://www.byggmek.lth.se/fileadmin/byggnadsmekanik/publications/tvsm5000/web5151.pdf
    • Cundall, P. A., & Strack, O. D. L. (1979). A discrete numerical model for granular assemblies. Géotechnique, 29(1), 47–65. https://doi.org/10.1680/geot.1979.29.1.47
    • Elaskar, S., & Godoy, L. (2001). Simulación numérica del flujo de materiales granulares usando el concepto de estado crítico. Revista...
    • Fernández, D. (2010). Determinación de parámetros utilizados en las simulaciones d.e.m. [Universidad Politécnica de Madrid]. https://oa.upm.es/10514/2/TESIS_MASTER_DANIEL_FERNANDEZ_LLANA.pdf
    • Goodman, M. A., & Cowin, S. C. (1972). A continuum theory for granular materials. Archive for Rational Mechanics and Analysis, 44(4),...
    • Gustafsson, G. (2008). Simulation of iron ore pellets and powder flow using smoothed particle method [Lulea University of Technology]. https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:990053/FULLTEXT01.pdf
    • Hill, P. (2012). PACT: A Course in Particle and Crystallization Technology. 2012 ASEE Annual Conference & Exposition Proceedings, June,...
    • Ileleji, K. E., & Zhou, B. (2008). The angle of repose of bulk corn stover particles. Powder Technology, 187(2), 110–118. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2008.01.029
    • Ishkov, A. (2016). Energy-Efficient Devices for Transporting and Feeding Bulk Materials in the Construction Industry. MATEC Web of Conferences,...
    • Queteschiner, D., & Kloss, C. (2010). Discrete Element Method. http://calliope.dem.uniud.it/SEMINARS/ABSTRACT-SEMINARS/pres-queteschiner.pdf
    • Lira, C., & Pina, P. (2011). Granulometry on classified images of sand grains. Journal of Coastal Research, 1(64), 1697–1701. https://www.jstor.org/stable/26482465
    • Mankoc, C., Janda, A., Arévalo, R., Pastor, J. M., Zuriguel, I., Garcimartín, A., & Maza, D. (2007). The flow rate of granular materials...
    • Moya, M., Aguado, P. J., & Ayuga, F. (2013). Mechanical properties of some granular agricultural materials used in silo design. International...
    • O’Sullivan, C. (2011). Particulate Discrete Element Modelling (1st ed.). CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781482266498
    • Parafiniuk, P., Molenda, M., & Horabik, J. (2013). Discharge of rapeseeds from a model silo: Physical testing and discrete element method...
    • Rotter, J., Holst, J., Ooi, J., & Sanad, A. (1998). Silo pressure predictions using discrete-element and finite-element analyses. The...
    • Savage, S. B. (1979). Gravity flow of cohesionless granular materials in chutes and channels. Journal of Fluid Mechanics, 92(1), 53–96. https://doi.org/10.1017/S0022112079000525
    • Tan, Y., Xiao, X., Zheng, J., Jiang, S., & Gao, W. (2016). Effect of outlet diameter of cone-in-cone insert on silo flow pattern. 32,...
    • Wang, Y., Lu, Y., & Ooi, J. Y. (2015). A numerical study of wall pressure and granular flow in a flat-bottomed silo. Powder Technology,...
    • Wieckowski, Z. (2003). Modelling of silo discharge and filling problems by the material point method. Task Quarterly, 4(4), 22. https://journal.mostwiedzy.pl/TASKQuarterly/article/view/2182
    • Zhou, Y., Lagreé, P. Y., Popinet, S., Ruyer, P., & Aussillous, P. (2017). Experiments on, and discrete and continuum simulations of, the...
    • Zuriguel, I., Garcimartín, A., Maza, D., Pugnaloni, L. A., & Pastor, J. M. (2005). Jamming during the discharge of granular matter from...

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