料斗内插板位置对粉末流质量流量及形态影响的调控机制研究

本文通过实验与理论模型揭示了料斗（hopper）内插板（insert）位置对颗粒物料质量流量（mass flow rate）和粉末流形态（powder stream morphology）的调控机制。研究发现插板位置变化会导致两种流态转变：环形间隙限制区（annular gap restriction regime）和出口限制区（outlet restriction regime），并建立高精度预测模型。结合高速成像和离散元模拟（DEM），阐明了高收敛粉末流的形成机理，为优化料斗设计和颗粒输送可控性提供了新理论框架。

　　

Highlight

基于料斗插板位置与质量流量的实验观测，研究发现质量流量随插板位置变化呈现阶段性演变。通过分析料斗结构变化并结合预测模型，精准捕获了质量流量变化规律。高速成像与EDEM模拟揭示了粉末流形态的演变机制。

Mass flow rate variation and calculation

为探究插板对质量流量及粉末流形态的影响，选取四种料斗尺寸，以0.1–0.4?mm间隔测量粉末质量流量。图2结果显示，不同出口尺寸下质量流量随插板高度（H）的变化呈现显著差异：彩色线条代表插板升高时的流量变化，灰色虚线为无插板时的流量上下限。数据表明，插板位置调控存在两种主导机制——当插板接近出口时，环形间隙尺寸主导流动（annular gap restriction regime）；当插板远离出口时，出口压力梯度成为关键因素（outlet restriction regime）。

Conclusion

本研究提出料斗插板位置变化会引发质量流量的阶段性演变，并通过结构分析与模型预测实现了流量精准调控。结合高速成像和EDEM模拟，系统阐释了粉末流形态的演变规律与高收敛特性的形成机制（横向颗粒速度衰减是关键驱动因素），为工业颗粒输送优化提供了新思路。

（注：翻译保留原文小标题层级，专业术语如EDEM、annular gap restriction等用括号标注，并统一使用_{/^{标注上下标，如H2O。）}}