Calibração de parâmetros de simulação para a erosão eólica fluxo de gás sólido em duas fases em solos áridos e semiáridos

RESUMO

Para construir um modelo de simulação acoplada da erosão eólica do solo e fluxo bifásico em regiões áridas e semi-áridas, os parâmetros de contato apropriados do modelo de simulação de elementos discretos do solo são obtidos com base no teste de calibração do ângulo de repouso (AoR). O modelo de simulação acoplado foi estabelecido através da combinação da dinâmica computacional dos fluidos. O valor de resposta da velocidade do vento de iniciação da areia foi usado para verificar a precisão do modelo. Devido às características dos solos áridos e semi-áridos, este trabalho usa o modelo de contato Hertz-Mindlin com JKR no software EDEM para calibrar os parâmetros do solo com base nos testes físicos do solo, e projeta o Plackett-Burman, a subida mais íngreme, e os testes Box-Behnken de acordo com o software Design-Expert para obter a regressão de segunda ordem do AoR do solo. Com o AoR 33,52° como alvo, obtém-se a melhor combinação de parâmetros: recuperação de colisão solo-solo 0,64, coeficiente de atrito estático solo-aço 0,31, energia de superfície JKR 3,302 J m^-2. Finalmente, usando parâmetros calibrados e a velocidade do vento inicial como valor de resposta, o teste de fluxo de ar e vento sólido de duas fases foi conduzido em ANSYS Fluent e EDEM, com o erro relativo entre a velocidade do vento inicial registrada pela câmera de alta velocidade no teste de túnel de vento e a velocidade do vento inicial mostrada no modelo de simulação calculada em 8,7%, e os parâmetros calibrados do solo atenderam aos requisitos da simulação acoplada. Os resultados da simulação indicam que os parâmetros de calibração do solo podem ser utilizados para modelar a erosão do vento em duas fases do solo em ambientes semi-áridos.

Palavras-chave:
elemento discreto; fluxo em duas fases; ângulo de repouso; solo