《Minerals Engineering》：Research on the mechanism of agglomeration and deagglomeration of wet-sticky particles driven by highly ejection intensity
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•阐明了湿粘性颗粒解团聚的力学机制。•探索了在各种筛面上分散团聚颗粒的模式。•提出了基于能量耗散的颗粒解团聚评价模型。引言筛分是矿物加工、化学工程和食品工业等多个工业领域中至关重要的单元操作。其效率和效果直接影响后续工艺的加工质量和生产成本（Tan 等人，2020；Qin，2
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阐明了湿粘性颗粒解团聚的力学机制。
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探索了在各种筛面上分散团聚颗粒的模式。
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提出了基于能量耗散的颗粒解团聚评价模型。
引言
筛分是矿物加工、化学工程和食品工业等多个工业领域中至关重要的单元操作。其效率和效果直接影响后续工艺的加工质量和生产成本（Tan 等人，2020；Qin，2024）。随着工业生产对精细化、高效化要求的不断提高，传统筛分技术在处理湿粘性材料时面临的团聚堵塞和筛分效率低等问题日益突出。弹性筛面凭借其独特的动态响应特性和自适应调整能力，为解决湿粘性材料问题提供了一条新的技术途径。近年来，学者们对弹性筛面的动力学特性、结构优化及应用效果进行了广泛研究，并取得了一系列重要进展。然而，关于弹性筛面如何通过动态变形促进湿粘性颗粒解团聚并缓解团聚的内部机制，仍缺乏系统深入的理论研究和实验验证（Sirghi 等人，2006；Yuan，2024）。
作为颗粒系统模拟的有效工具，DEM 已被广泛应用于颗粒流特性、分离性能和团聚行为的研究中，为揭示颗粒 - 筛面相互作用机制提供了重要手段。它以逐颗粒为基础对系统进行建模，处理颗粒床中的复杂分布力。对于筛网影响颗粒穿透速度的问题，DEM 也能捕捉颗粒间的压力效应、剪切力影响以及因穿透导致的颗粒分离特性。Yu（2022）利用 DEM 对比了颗粒在翻转流筛面上的流变特性和分离性能，发现低表面能颗粒的运动和筛分行为受其速度主导；颗粒在进料端的速率随表面能增加而降低，延长与筛面的接触时间可提高穿透效率。然而，当颗粒间表面能增加时，团聚对颗粒运动的影响远超速度影响（Yu 等人，2021）。在物料群迁移过程中，团聚颗粒需要更长的运动距离才能解团聚，导致各粒径颗粒的产率和穿透效率急剧下降。Wu 等人使用 DEM-MBD 双向耦合方法发现，物料群厚度随电机转速增加而增加。此外，部分颗粒滑移并粘附在筛面上。颗粒的振动速度和吞吐量随筛面弹性模量的增加而降低，导致法向速度差异较小但排料端颗粒速度差异显著（Wu 等人，2019）。Cleary P 等人使用包含颗粒间黏聚力的离散元模型研究了不同键数下的颗粒流行为，发现高黏聚力条件下颗粒在低床层速度下开始团聚。在中等黏聚力下，上层筛的输送效率增加但下层筛降低；振动能量破坏团聚体但损害细颗粒的筛分能力。在较低黏聚力下，振动碰撞和床层剪切迅速破坏键合，使细颗粒快速筛分（Cleary 等人，2018）。严格控制铁矿球团粒径分布是提高床层渗透性的重要方法，Silva B 等人选择 JKR 模型模拟球团间的接触相互作用。他们发现筛面上物料床厚度随表面积减小而增加。颗粒沿筛面长度方向的平均速度随表面能增加而降低，更多细颗粒被携带至排料端并直接排出（Silva 等人，2018）。
尽管在弹性筛动力学和颗粒筛分行为研究方面取得了实质性进展，但仍存在三个关键的研究空白。（i）大多数现有研究侧重于筛面的宏观响应，而单个湿粘性颗粒间的微观接触力学及其在动态激励下的演化尚未得到系统研究。（ii）虽然 JKR 接触模型已用于模拟黏性颗粒间的相互作用，但其与团聚体宏观断裂行为之间的内在联系——特别是单次接触阶段黏性失效的累积效应如何转化为颗粒间键合的集体断裂——在概念上尚不明确，且缺乏定量表征。（iii）细颗粒有效穿透时间的直接决定因素——滞后效应及其潜在机制，最终决定筛分效率——尚未在不同筛面类型中被明确识别或对比。
为填补这些空白，本研究建立了一个双向耦合的 MFBD-DEM 框架，将 JKR 接触模型与键断裂模型相结合。该方法旨在阐明振动激励下微观接触特性的时空演化，建立颗粒尺度 JKR 力学与团聚体尺度键断裂动力学之间的定量相关性，并揭示以缓冲协调为特征的弹性筛面渐进解团聚机制，突出其在缓解解团聚滞后方面的独特优势，为优化湿粘性材料筛分技术提供多尺度理论基础。
章节摘要
离散元模型
DEM 最初由 Cundall 教授于 1971 年提出，用于解决地质应用中涉及非连续介质的问题（Amadi 等人，2024）。其核心在于将每个颗粒视为独立单元，利用牛顿运动定律追踪颗粒轨迹，同时使用接触力学模型计算颗粒间作用力。接触模型是 DEM 的重要基础。选择了带有 JKR 模型的 Hertz-Mindlin 接触模型，其中作用于单个
团聚颗粒的时空运动特性
图 6 展示了不同尺寸颗粒在橡胶弹簧和冲击轴不同状态下作用下的运动速度和角速度变化特性，以进一步研究系统刚度和轴运动状态对颗粒动力学行为的影响机制。如图 6(a) 所示，在柔性弹簧（极高弹性模量）、运动轴和柔性筛面条件下（条件 (1)，-3 mm 细颗粒
结论
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系统刚度、冲击轴运动状态和柔性筛面的耦合效应共同影响颗粒运动特性。柔性弹簧和运动轴的组合适中地增强了中细颗粒的角速度响应，而刚性约束更容易激发细颗粒的旋转。柔性系统中颗粒床的孔隙率保持在较高水平，表明多参数协同可以优化颗粒分散及
CRediT 作者贡献声明
袁佳乐：写作 – 审查与编辑，写作 – 原始草稿，软件，方法论，调查，正式分析，概念化。段晨龙：写作 – 审查与编辑，资源，项目管理，资金获取。赵永志：写作 – 审查与编辑，可视化。黄龙：写作 – 审查与编辑，监督。江海神：写作 – 审查与编辑，项目管理，资金获取。冯玉清：写作 – 审查与编辑，软件，方法论。
竞争利益声明
作者声明没有已知的竞争财务利益或个人关系，这可能影响本文所述工作的完成。
致谢
本研究得到 国家自然科学基金 (52125403, 52374285)、国家自然科学基金 - 国际合作与交流项目 (52261135540) 的资助。
袁佳乐 | 段晨龙 | 赵永志 | 黄龙 | 江海神 | 冯玉清
