Rapid Calibration of DEM Parameters for Corn Straw–Pig Manure Mixtures Under Variable Moisture Content for Composting Applications

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作者
Lingqiang Kong,Jun Du,Liqiong Yang,Xiaofu Yao,Xuan Hu,Hongjie Yin,Xiaoyu Tang
出处
期刊:Agriculture [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:16 (5): 612-612 被引量:1
标识
DOI:10.3390/agriculture16050612
摘要

Moisture content varies continuously during aerobic composting, which changes material flowability and can limit the use of a single set of discrete element method (DEM) parameters. To address this issue for a multi-component corn straw–pig manure mixture, we developed a rapid calibration workflow covering a moisture content range of 29–80%. Angle of repose (AoR) images were obtained using a cylinder-lifting test. To improve robustness for irregular pile contours, we proposed an AoR extraction method that combines LOESS smoothing with least-squares line fitting. Key DEM contact parameters affecting AoR were screened using a Plackett–Burman design, and their effective ranges were refined using a steepest-ascent test. A Box–Behnken design was then used to establish a response surface linking AoR to the significant DEM parameters. In addition, a polynomial relationship between moisture content and AoR was fitted and coupled with the AoR-parameter response surface to predict key DEM parameters directly from moisture content. Validation results showed that the predicted AoR exhibited a relative error below 10% across the tested moisture contents. An independent baffle-lifting validation test yielded a relative error below 5%. Overall, this workflow provided a practical strategy for setting DEM simulations of composting feedstocks under variable moisture content and supports numerical analysis and structural optimization of composting-related machinery.

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