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
• Títulos paralelos:
  • Estudio Paramétrico del Flujo Granular en Silos: Una Aproximación Micro-Mecánica
• Enlaces
  • Texto completo
• 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°).