Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Experimental and computational analysis of granular material flow in model silos

Sielamowicz I., Balevičius R.

IPPT Reports on Fundamental Technological Research

|

2013

|

nr 1

1--317

EN

The study described here was undertaken to explore the phenomena occurring in silo problems. For these problems, no experimental results exist, but simpler tests for validation can be used. This book identifies theses phenomena which are presented in two chapters. The first presents experimental investigations of granular material flows with a detailed description of phenomena occurring during filling and discharge processes in silo models. It also pertains to empirical descriptions of velocities and flow rates considered via statistical analysis. The experiments were conducted using a Digital Particle Image Velocimetry Optical Flow (DPIV OF). Applying this innovative technique allowed the obtaining and identification of a large volume of quantitative data characterizing the granular material flow, such as, velocities patterns within granular material, outflow rate, deformations, strains, dilation and stagnant zones boundaries; especially in the eccentric modes of flows for the plane silo models. The chapter also includes the analysis on verification of a Radial Flow assumption. The new mathematical description of kinematic parameter b for radial flow was applied with new formula for defining velocities in radial flows. Furthermore, the DPIV technique was applied to verify mass and volume conservation in the flowing material. The results obtained in this chapter serve as the basis of further verification via numerical simulations made by the Discrete Element Method (DEM). Hence, the second Chapter discusses implementation of DEM in simulation of the processes observed during the performed experiments. The presented DEM mathematical model was applied to verify the wall stress distributions, this is presented first with a limited number of particles and then with an increased number of particles. This approach made it possible to verify parameters or indicators derived from the well-known continuum-based methods. The computational analyses presented also provides a micromedianical insight into the filling and discharge of the granular materials in the 3D silo models. In particular, this chapter deals with the results of investigation of such specific phenomena known as "a free-fall arch", material dilation forming, porosity fields evolution, distribution of stress within the granular material, outflow rates and velocity profiles. The key finding of the analysis was the comparison of the measured wall pressure distribution in the experiments with those obtained numerically with DEM, Janssen solution and the Standard Eurocod 1. It was particularly demonstrated that the wall pressure calculated by the recommended formula in the design Standard gives lower values than those obtained from the experimental measurements. While a well known Janssen's theory cannot be expected to represent pressures during silo discharge. Also, the analysis of the influence of rolling friction on wall pressure and velocities distributions within the flowing granular material were considered in detail. Such important phenomena like a "pressure switch" were also successfully captured numerically and experimentally during the discharge process. Finally, the general conclusions arising from the study appear to be very useful for the designers of silo structures one of the most difficult tasks in the field of civil engineering.

PL

Podstawowym celem pracy jest opisanie zjawisk występujących w procesach technologicznych w silosach. Z uwagi na brak badań eksperymentalnych silosów w skali naturalnej badania tych zjawisk przeprowadza się w skali laboratoryjnej. W książce podjęto próbę zidentyfikowania niniejszych zjawisk a wyniki prac podano w dwóch odrębnych rozdziałach. Pierwszy z nich przedstawia wyniki badań eksperymentalnych płynięcia materiałów ziarnistych w czasie napełniania i opróżniania modelów silosu. Rozdział ten zawiera również empiryczne opisy prędkości i analizę wydatków wypływu wykonane metodami analizy statystycznej. Obrazy płynięcia materiału ziarnistego w modelach rejestrowano techniką cyfrową Digital Particle Image Velocimetry, Optical Flow, tzw. potokami optycznymi (DPIV OF). Zastosowanie tej innowacyjnej techniki pozwoliło na uzyskanie dużej ilości danych ilościowych charakteryzujących przepływy materiałów ziarnistych, takich jak: profile prędkości płynącego materiału ziarnistego, wartości wydatku wypływu, deformacje, odkształcenia, zakres stref zastoju w przepływach symetrycznych i niecentrycznych w płaskich modelach silosów. Rozdział pierwszy przedstawia również analizę weryfikacji założenia przepływu radialnego, gdzie podano nowy opis matematyczny parametru kinematycznego b dla przepływu radialnego, zastosowano nową formułę określenia prędkości w przepływach radialnych. Dzięki technice DPIV dokonano weryfikacji prawa zachowania masy i objętości w płynącym materiale. Wyniki przedstawione w tym rozdziale stały się podstawą do dalszej weryfikacji poprzez symulacje numeryczne wykonane metodą elementów dyskretnych (DEM). Rozdział drugi omawia zastosowanie metody DEM do symulacji procesów zarejestrowanych w czasie eksperymentów. Przedstawiony model matematyczny DEM wykorzystano do weryfikacji rozkładu naporów w ścianie, w pierwszej fazie analizy z mniejszą liczbą cząstek, a następnie z większą liczbą cząsteczek. Takie podejście pozwoliło na dokonanie oceny porównawczej różnych parametrów ze 8 Streszczenie znanymi rozwiązaniami mechaniki continuum oraz na zastosowanie podejścia mikromechaniki na ocenę procesów napełniania i opróżniania w trójwymiarowych modelach silosów. W rozdziale tym dalej omówiono wyniki symulacji konkretnych zjawisk, takich jak tworzące się zawieszenia w materiale, kształtowanie się stref rozluźniania materiału, ewolucję pola porowatości, rozkłady naprężeń w materiale, wartości wydatku wpływu i kształty profili prędkości. Finalnym ważkim wynikiem analizy było porównanie rozkładu ciśnienia pomierzonego eksperymentalnie w ścianie z wynikami analizy numerycznej metodą elementów dyskretnych DEM, a następnie z rozwiązaniem Janssena oraz zaleceniami normy Eurocod 1. Wykazano, że ciśnienie powstałe w ścianie w wyniku naporu materiału obliczone zgodnie z normą Eurokod 1 przedstawia niższe wartości niż te, które otrzymano w trakcie eksperymentów, a rozwiązanie Janssena nie podaje wartości ciśnień w czasie opróżniania silosu. Nadto, podano analizę wpływu tarcia tocznego na ciśnienia w ścianie i na rozkłady prędkości oraz zjawisko powstania „skoku ciśnień” w ścianie. W końcowej części monografii podano wnioski wypływające z badań, które mogą posłużyć projektantom konstrukcji silosów – jednym z najtrudniejszych zadań w zakresie inżynierii lądowej i wodnej

2

Microscopic and macroscopic analysis of granular material behaviour in 3D flat-bottomed hopper by the discrete element method

Balevicius R., Kacianauskas R. R., Mróz Z., Sielamowicz I.

Archives of Mechanics

|

2007

|

Vol. 59, nr 3

231-257

EN

The paper presents the application of the discrete element method to modelling of granular material filling and discharge in 3D flat-bottomed hopper. A mathematical model, as well as the developed software code, operates with spherical visco-elastic non-cohesive frictional particles. The evolution of granular flow, internal forces and densification (rarefaction) are characterized by macroscopic parameters such as the discharge rates, the porosity fields and the wall pressures, as well as by microscopic evaluations in terms of coordination number, velocity patterns and inter-particle contact forces. It was shown that qualitative characterization of flow may be done even by relatively rough models with small number of particles, which required to be increased, however, for more precise description of the localized phenomena. Unsatisfactory evaluation of the stress peak during discharge is presented as an illustrative example. The main focus of the paper is the analysis of particle friction effect and the consistency of micro and macro-phenomena in the time-dependent flow process.

3

Ławra Supraska - nowy rozdział w historii monasteru

Sielamowicz I.

Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. Budownictwo

|

2006

|

Z. 30

413-421

PL

Ponad 500-letnia historia Ławry Supraskiej, jej rekonstrukcja, współczesne dzieje oraz doprowadzanie monasteru do formy sprzed wieków były przedmiotem wielu prac, dyskusji i polemik, miedzy innymi w pracach [1, 2, 3, 4]. Odrestaurowana w swej XVI-wiecznej formie architektonicznej cerkiew Zwiastowania Najświętszej Bogurodzicy w Supraślu wraz z otaczającym zespołem budynków odzyskuje swą dawną świetność tworząc kompleks o nazwie Ławra Supraska. Wysokie na 28 metrów wieże cerkwi obronnej z osadzonymi na nich krzyżami majestatycznie górują nad okolicą. Ponowne przyłączenie do terenu monasteru działki, na której znajdują się katakumby zakończyło wieloletni proces scalania obszaru i obiektów Ławry. W pracy przedstawiono bieżące problemy rekonstrukcji zespołu budynków prawosławnego monasteru w Supraślu oraz obecny stan techniczny budynków. Proces rekonstrukcji Ławry, trwający ponad 20 lat, nie jest zakończony. Nierozwiązanym problemem jest nadal rekonstrukcja oraz zabezpieczenie katakumb przed całkowitą ich degradacją. Na terenie obecnego boiska, sąsiadującego z katakumbami, istniał w XVI wieku cmentarz. Teren boiska jest własnością powiatu białostockiego.

EN

The history of Ławra Supraska, its contemporary image and all issues concerning reconstruction and rebuilding the previous historical form is a subject of many discussions and papers. Rebuilt in its previous architectonic form the orthodox church Annunciation of Our Lady Mary in Supraśl together with all surrounded buildings became again the most magnificent object in Supraśl. The area with catacombs are again included into the. It was the last stage of merger both tha area and the buildings. In 2005 this process was completed. In this paper the author presents the current problems of reconstruction of the monastery and presents the current technical state of all buildings. The reconstruction process has been being made for more than 20 years and not completed yet. Now the new elevations are being made on the monastery buildings. Concerning the catacombs some problems of their reconstruction appear. Still important matter is the area where in XVI century there was a cementery and now there is a sport area.

4

Experimental analysis of granular material flows using the technique of digital particle image velocimetry

Sielamowicz I.

Engineering Transactions

|

2005

|

Vol. 53, iss. 2

197-229

EN

This paper presents the results of experiments of granular flows carried out for two configurations - in a plane model with vertical walls and in a wedge-shaped model. Both models were built of plexiglass and replicate the geometry of a silo. The flow processes of central and eccentric discharge were recorded by a high resolution camera (SensiCam) through the transparent walls of the models. PIV measurements allow to obtain the following data of the flow: the plug flow zone evolution, velocity magnitude contours, velocity fields, velocity distributions on certain levels in the models, traces of individual particles. Local deformations and stresses in the material may be also determined. The models were filled in a natural way through a pipe placed vertically in the symmetry axis above the models or through a sieve. In the case of the plane model, three cases of eccentric flows were investigated. Dynamic behaviour of the flowing materials recorded by the new measurement technique DPIV, commonly used in fluid mechanics, now applied for granular material flows, is analyzed. Uniform and repeatable packing of the materials with no particle segregation was obtained. Three different grain types were used in the experiments (amaranthus, flax-seed and buckwheat). These grains represent different physical properties and exhibit the phenomenon of static electricity of the materials when flowing and sliding over plexiglass.

5

Cyfrowa technika optyczna DPIV w pomiarach przepływu ziaren amarantusa w płaskim modelu silosu

Sielamowicz I.

Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. Budownictwo

|

2004

|

Z. 25

277-287

PL

W celu otrzymania obrazów zmian zachodzących w rdzeniu w płynącym bezkohezyjnym materiale ziarnistym przeprowadzono serię badań w płaskim modelu silosu wykonanym z płyty poliwęglanowej. Do rejestracji obrazów płynięcia ziaren amarantusa wykorzystano cyfrową technikę optyczną DPIV (Digital Particle Image Velocimetry). Technika ta pozwala uzyskać między innymi profile prędkości płynącego materiału na dowolnym przekroju modelu, pola wektorowe prędkości oraz tory płynięcia pojedynczych cząsteczek.

EN

In hoppers filled with densely packed material, upon opening the outlet, a narrow plug-type flow zone propagates upward and widens. To obtain data on the evolution of the flow, a series of experiments was conducted on a plane flow hopper model made of Plexiglas. Digital optical technique DPIV was used to register the flow. Forming of the upper free surface is shown in the papper. The details of the flow can be drawn from vector fields, velocity profiles and traces of selected particles.

6

Analysis of pressure evolution in granular materials in converging bins during filling and emptying processes

Sielamowicz I., Mróz Z.

TASK Quarterly : scientific bulletin of Academic Computer Centre in Gdansk

|

2003

|

Vol. 7, No 4

643-666

EN

A simplified analysis of deformation and stress states in converging hoppers during filling and discharge of granular material is presented. In particular we discuss a method for solving the set of differential equations governing the flow of granular material in a plane wedge hopper. The equilibrium conditions and stress-strain relations are satisfied for the planar slice elements assuming the dependence of displacement and stress on the Cartesian coordinate z. The transient flow of an icompressible, cohesionless granular material in a two-dimensional converging hopper is considered. We assume the material to be in elastic or elasto-plastic states within the hopper satisfying the Coulomb yield condition and the non-associated flow rule. The paper presents a detailed analysis of the evolution of pressure acting on the hopper wall during the filling and emptying processes when the initial active state of pressure is transformed into a passive state. Analytical and numerical analyses are presented. It is shown that at the initial stage of the emptying process a considerable switch overpressure develops, exceeding the steady-state passive pressure several times.

7

Deformation zones in granular materials in hoppers during filling and emptying processes

Mróz Z., Sielamowicz I.

Engineering Transactions

|

2003

|

Vol. 51, iss.4

461-491

EN

The present paper is concerned with the simplified analysis of deformation and stress states in converging hoppers during filling and discharge of a granular material. The equilibrium conditions and stress-strain relations are satisfied for cylindrical slice elements assuming dependence of displacement and stress on radial coordinate. The elastic or elasto-plastic material model is used with the Coulomb yield condition and non-associated flow rule. The paper presents a detailed analysis of pressure evolution of a granular material on a hopper wall during the emptying process when the initial active state of pressure is transformed into the passive state. The growth of wall pressure associated with this process is demonstrated. The analytical treatment presented in this paper can be compared with the respective finite element solution.

8

Analiza numeryczna parcia ośrodka sypkiego w leju silosa z wykorzystaniem modelu ciała idealnie plastycznego

Sielamowicz I.

Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. Budownictwo

|

2002

|

Z. 22

303-316

PL

Znajomość rozkładu naprężeń i pól prędkości w zgromadzonym ośrodku sypkim w silosie jest niezbędne w projektowaniu konstrukcji zbiornika. Parcie przechowywanego materiału sypkiego na ścianki silosu jest zasadniczą kwestią w analizie ośrodków sypkich. Podczas opróżniania silosu napór ośrodka sypkiego wywierany na ściany boczne zbiornika może mieć kilkakrotnie większą wartość od wartości naporu ośrodka będącego w spoczynku. Ważnym czynnikiem przy wyznaczaniu obciążeń działających na ścianki silosów jest zwiększenie wartości parcia ośrodka sypkiego w momencie jego opróżniania (parcie dynamiczne). Do tej pory nie opracowano rozwiązania teoretycznego, opartego na modelu ciała idealnie plastycznego, które uwzględniałoby wpływy podstawowych czynników decydujących o wartości naporu materiału sypkiego w silosach. Otrzymanie rozwiązania problemu składowania i przemieszczania się ośrodka sypkiego w silosach wiąże się przede wszystkim z modelem matematycznym ośrodka, określeniem warunków brzegowych i metodą rozwiązania wyjściowego układu równań różniczkowych. W pracach [1, 2, 3] przedstawiono rozwiązania teoretyczne zagadnienia parcia i prędkości przemieszczeń ośrodka sypkiego w silosach oparte na teorii ciała idealnie plastycznego z warunkiem plastyczności Coulomba.

EN

The numerical analysis of bin pressures in hoppers in three states in rest and gravitational flow has been shown in this paper. The basic relations of the mathematical model have been presented as well. Determining of a certain function which is necessary to calculate bin pressures in hoppers can be treated in an iterational way. The boundary conditions in such analysis have been analysed taking into account the value of stresses. The cohesionless model with Coulomb condition has been considered here. The numerical analysis has been carried out for three granular materials: gravel, beans and lead ore.

9

Kształtowanie się stref zastoju w grawitacyjnym wypływie ziaren łubinu i żyta w płaskim modelu silosu

Sielamowicz I.

Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. Budownictwo

|

1998

|

Z. 18

201-216

PL

Praca przedstawia wyniki badań i wnioski z przeprowadzonego eksperymentu grawitacyjnego przepływu ziaren łubinu i żyta w płaskim modelu silosu.W czasie przepływu badanych ośrodków ziarnistych zaobserwowano formowanie się stref zastoju. Eksperyment przeprowadzono w modelu silosu z możliwością profilowania jego kanału wypływu.

EN

Some results of research of gravitational flow of lupine and rye in a flat model of silo are presented in paper. An accurence of dead zones was observed in the model. The fill height was 660 mm. The width of the channel was constant - 200 mm. Relatively large dead zones were observed and the flow was of the funnel character. The geometry of dead zones appeared to be especially complicated when the shape of the channel was changed into three different forms. In the paper the contours of dead zones and free surfaces corresponding to consecutive phases of the flow of lupine and rye are given. These may aid in proper design of hoppers. It was stated that the size of dead zones depends on the quantity of material in the hopper, the channel geometry and the friction forces.

10

Opinia sądowa z zakresu budownictwa jako praca o charakterze twórczym

Sielamowicz I.

Budownictwo i Prawo

|

1998

|

R. 2, nr 4

35--36