RESUMO Para construir um modelo de simulação acoplada da erosão eólica do solo e fluxo bifásico em regiões áridas e semi-áridas, os parâmetros de contato apropriados do modelo de simulação de elementos discretos do solo são obtidos com base no teste de calibração do ângulo de repouso (AoR). O modelo de simulação acoplado foi estabelecido através da combinação da dinâmica computacional dos fluidos. O valor de resposta da velocidade do vento de iniciação da areia foi usado para verificar a precisão do modelo. Devido às características dos solos áridos e semi-áridos, este trabalho usa o modelo de contato Hertz-Mindlin com JKR no software EDEM para calibrar os parâmetros do solo com base nos testes físicos do solo, e projeta o Plackett-Burman, a subida mais íngreme, e os testes Box-Behnken de acordo com o software Design-Expert para obter a regressão de segunda ordem do AoR do solo. Com o AoR 33,52° como alvo, obtém-se a melhor combinação de parâmetros: recuperação de colisão solo-solo 0,64, coeficiente de atrito estático solo-aço 0,31, energia de superfície JKR 3,302 J m-2. Finalmente, usando parâmetros calibrados e a velocidade do vento inicial como valor de resposta, o teste de fluxo de ar e vento sólido de duas fases foi conduzido em ANSYS Fluent e EDEM, com o erro relativo entre a velocidade do vento inicial registrada pela câmera de alta velocidade no teste de túnel de vento e a velocidade do vento inicial mostrada no modelo de simulação calculada em 8,7%, e os parâmetros calibrados do solo atenderam aos requisitos da simulação acoplada. Os resultados da simulação indicam que os parâmetros de calibração do solo podem ser utilizados para modelar a erosão do vento em duas fases do solo em ambientes semi-áridos.
ABSTRACT To construct a coupled simulation model of soil wind erosion and two-phase flow in arid and semiarid regions, the proper contact parameters of the soil discrete element simulation model are obtained based on the angle of repose (AoR) calibration test. The coupled simulation model is established by combining computational fluid dynamics. The response value of the wind speed of sand initiation is used to verify the model’s accuracy. Due to the characteristics of arid and semiarid soils, this paper uses the Hertz-Mindlin with JKR contact model in EDEM software to calibrate the soil parameters based on soil physical tests and designs the Plackett-Burman, steepest climb, and Box-Behnken tests according to Design-Expert software to obtain the soil AoR second-order regression. With the AoR of 33.52° as the target, the best combination of parameters is obtained: soil-soil collision recovery of 0.64, soil-steel static friction coefficient of 0.31, JKR surface energy of 3.302 J m-2. Finally, by using calibrated parameters and the threshold wind velocity as the response value, the wind-sand air-solid two-phase flow test is conducted in ANSYS Fluent and EDEM, with the relative error between the starting wind speed recorded by the high-speed camera in the wind tunnel test and the threshold wind velocity shown in the simulation model calculated to be 8.7%, and the calibrated soil parameters met the requirements of the coupled simulation.