01.引言

FT4 流变仪测试用于在动态流动条件下测定粉体的流动性，广泛应用于粉体输送、计量、供料和混合等领域。所谓动态流动条件，特点是低应力和高应变速率。流变仪能够表征和区分粉体在动态条件下的流动性，而这些物料在准静态条件下（如剪切池测试中）可能表现出相似的行为。

EDEM 提供了 FT4 流变仪测试的模型，同时配套有 EDEMpy 的后处理脚本，可用于提取力与力矩曲线，包含于 EDEM 标定工具包中，文件默认路径为C:\Program Files\Altair\2025\EDEM\examples\Calibration Kits\FT4 rheometer flow energy test。

02.建模方法

FT4 流变仪的测试流程如下图所示。测试装置为一个已知体积的圆柱形容器，通过 EDEM 的 Dynamic Factory 方法在重力作用下填充粉体（图 1(a)）。随后，旋转叶轮插入粉末并抽出，形成一个轻度压实的测试样本，如图 1(b) 和图 1(c) 所示。

图1：FT4 流变仪 DEM 材料标定测试过程：(a) 试样填充，(b)-(c) 叶轮上下运动实现轻度压实，(d) 分层，(e) 体密度评估样本状态，(f) 分层后的再次轻度压实，(g) 向上运动测定比能量，(h) 推压操作用于 BFE 测试

轻度压实完成后，测试样本被分层，然后评估其体积密度。接着，如图 1(f) 所示，叶轮再次下压以进行分层后的压实。下一步如图 1(g)，叶轮自下向上移动，测量样本的比能量（SE）。最后，如图 1(h) 所示进行推压操作，记录叶轮所受的垂直力和扭矩，以评估粉体的流动性。

评估粉末流动性/流变性的基准指标是基础流动能（BFE），其定义为将标准叶轮推进粉末床所需的总功（包括旋转和平移）。其总功或流动能Ef的表达式为：

其中，H是叶轮的插入深度，r是叶轮半径，T是转矩，Fv是垂直力，θ是螺旋角，比能量Es描述低应力、非约束状态下的粉体流动性，其计算公式为：

图2：叶轮运动的螺旋路径（旋转和平移的组合结果）

通过 EDEM 的 Add Motion 功能实现目标运动学设置，如图 3 所示。接触力模型采用 Hertz-Mindlin（无滑移）模型。

图3：使用 EDEM Add Motion 功能设定叶轮运动学参数

FT4 流变仪材料标定工具包包含 8 个仿真模型，命名规则为 FT4_<容器体积>_<叶轮速度>。例如，FT4_50_10 表示 50 ml 的样本体积，叶轮尖端速度为 10 mm/s。工具包提供两种标准容器体积：50 ml 和 160 ml。可按需修改仿真模型以适应更长仿真时间或自定义运动学参数。

03.使用EDEMPy进行后处理

FT4流变仪仿真完成后，可通过EDEM标定工具包中的 Python 脚本自动导出结果。该脚本基于 EDEMPy 库函数进行数据处理，输出图表和 CSV 文件，如图 4(b-c)。脚本附带设置文件（FT4_analyst_settings.txt，见图 4(a)），用于定义关键时间步长与后处理参数。

图4：(a) Python 脚本设置文件(b) 校准参数报告(c) 垂直力 vs 插入深度(d) 扭矩 vs 插入深度

原文链接：

https://community.altair.com/discussion/39004/modeling-ft4-rheometer-test-with-edem