水平直线振动下颗粒物质分层行为的研究

发布时间：2020-08-28 05:48

【摘要】：颗粒物质是由大量离散的固体颗粒组成的体系,并且这些固体在大多数的时间里都保持着直接的物理相互作用。不仅在生活中与人类息息相关,在工业上也扮演着重要的角色。例如自然界中的砂石、土砾、浮冰、积雪;工农业生产生活中的煤炭、矿石、建材、药品、食盐、糖及谷物等粮食颗粒都属于颗粒物质。颗粒物质被视为“第四态物质”,是一种特殊的物质形态,物理特性类似于固体和液体,但往往表现出比普通固体和液体更为丰富的力学特性。近年来,颗粒物质已经成为物理学和力学的前沿,物理机制和力学特性引起的广大学者的关注。有很多关于颗粒物质的相关问题还需要研究。“簸之扬之,糠秕在前。洮之汰之,沙砾在后。”是古人对簸箕对谷物、砂砾和秸秆的混合物进行分层工作的一种描述。颗粒物质的分层就是混合颗粒在振动容器的作用下,不同物理属性的颗粒在不同空间上的聚集。混合颗粒分层的机理有很多,并没有归于同一,被众多学者认可的有几何填空、对流、成拱以及凝聚等。对颗粒分层的影响因素也有很多,如激振力(频率、加速度、振幅),颗粒自身的性质(颗粒形状、尺寸、材料、湿度等),振动容器内的气压,颗粒层的厚度和振动容器(材料、几何参数)等。颗粒的分层是由振动引起的,振动方式(垂直或水平振动)和条件对分层行为起着决定性的行为。目前,大多数的颗粒分层研究集中在竖直振动上,而水平振动的研究也需要更深一步的研究。本文采用三维离散单元法,以EDEM为研究工具,研究水平直线振动下,三种不同边界条件的混合颗粒分层行为。通过模拟在不同边界条件下颗粒的分层过程,从细观层次分析了颗粒的动力学行为、分层机理。研究发现,梯形槽斜面对颗粒的抛掷作用使颗粒流形成对流行为是分层的主要动力;在有凸起矩形槽中的混合颗粒,在水平振动下也会出现巴西果分层现象,但会减弱分层效果,随着振动强度增大,凸起的作用效果会减弱;组合条件下,外界输入颗粒体系的能量较小时,凸起起到决定性作用,但分层效果较差,输入颗粒体系的能量越大时,斜面的抛掷作用起到决定作用,分层效果较好。最后通过实验对组合条件下的分层效果进行了验证。本文所做工作为深入理解水平直线振动下颗粒物质的分层行为及完善颗粒物质动力学理论提供有益参考,提供一定的指导作用。
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O32;O347.7
【图文】：

颗粒物质,生活中

1.1 引言根据 Brown 和 Richards 在他们专著中的定义，“颗粒物质”指的是大量离散态固体所组成的系统，并且这些固体必须在大多数的时间里都保持着直接的相互作用[1-2]。在尺度上，物质的直径数量级从-10610 — 10m 不等，原子、人体和地球尺寸的量级分别是1010 m、010 m、610 m。颗粒物质在尺度上介于6410 —10 m之间，其中，介于641010 — m 之间颗粒物质称之为粉体[3]。颗粒物质普遍存在于自然界和工农业生产生活中，例如自然界中的砂石、土砾、浮冰、积雪；工农业生产生活中的煤炭、矿石、建材、药品、食盐、糖及谷物等粮食颗粒都属于颗粒物质，如图 1.1 所示。颗粒物质属于软物质（Softmatter）或软凝聚态物质（softcondensedmatter），介于固体与理想流体之间的物质。颗粒物质被学术界称作为区别于固体、气体、液体的“第四态物质”。颗粒物质作为一种特殊的物质形态，其特性和基本规律还远没有被认识清楚，《Science》于本世纪初将颗粒物质列于百个科学难题之一。正如诺贝尔奖获得者 P. G. Gennes 所说“在颗粒和粉体领域，还有大量未知等人类去发现”[4-12]。

颗粒,横向,分析速度,颗粒物质

图 1.2 锯齿模型Fig. 1.2 Sawtooth model芳芳等人[39]对竖直振动对颗粒对流模式的影响进行了实验研加速度的增加，参与横向对流的颗粒数量也在增加，并且分析速度直接的关系，应力波对横向对流行为的影响。姜泽辉等测量在竖直激励下的颗粒物质对容器底部冲击力后发现，颗粒动，容器底部的颗粒成凝聚状态，对底部造成脉冲式的冲击

冲击力,颗粒,横向,分析速度

图 1.2 锯齿模型Fig. 1.2 Sawtooth model芳芳等人[39]对竖直振动对颗粒对流模式的影响进行了实验研加速度的增加，参与横向对流的颗粒数量也在增加，并且分析速度直接的关系，应力波对横向对流行为的影响。姜泽辉等人测量在竖直激励下的颗粒物质对容器底部冲击力后发现，颗粒动，容器底部的颗粒成凝聚状态，对底部造成脉冲式的冲击力

【参考文献】