微重力下颗粒气体自由冷却及相转变现象的研究
发布时间：2020-12-12 08:33
颗粒物质在人类的生活生产中随处可见,地球上大部分的固态物质也是呈离散形式存在的。在二十一世纪的今天,人类虽然对微观和宏观世界的认识取得了巨大突破,但是对由离散单元组成的复杂颗粒体系的运动规律仍然知之甚少。颗粒物质自身具有能量耗散的特点,因此它是一种远离平衡态的体系。耗散结构理论指出,一个远离平衡态的开放体系通过不断地与外界交流能量或物质,当外界条件达到临界状态时,体系可通过内部作用产生自组织现象,使体系从原来无序的状态自发转变为时间或空间上有序的状态。颗粒物质在特定的外界条件作用下会出现自排序、自组织、班图等空间有序的现象,因此颗粒物质可以很好得被用来研究非平衡态力学。没有能量输入的颗粒物质在地面上会由于受到重力作用而落在容器底部,而没有重力影响的失重环境又难以实现,因此之前多数在地面上进行的关于颗粒物质的研究耦合了重力作用的影响。但是对颗粒物质仅由自身性质而引起的运动行为进行探索对研究非平衡态行为非常重要。能量耗散是导致颗粒气体运动行为不同于理想气体最主要的因素,因此研究颗粒气体的能量耗散对颗粒物质其他现象的认识具有重要的意义。我们利用不来梅落塔提供的微重力环境对颗粒气体的自由冷却过...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
自然界广泛存在的颗粒物质：(a)谷物；(b)粉末；(c)沙子；(d)小行星带（虚拟）
微重力下颗粒气体自由冷却及相转变现象的研究颗粒物质是一种由大量的宏观离散物体单元（也就是颗粒）组成的集合，确切地来说颗粒物质是物质存在的一种外在形态。比如说我们研究单个钢珠的性质时，它不是离散的颗粒物质，而是一个连续性的固体；但是，当我们研究成由成千上万个钢珠组成的集合时，这个集合才是颗粒物质。颗粒物质中的离散单元可以拥有不同的材质、不同的形状；它们的尺寸也可以不尽相同，甚至可以跨越多个数量级。因此，颗粒物质不仅仅包括我们生活中常见各种粉末粉尘、粮食、沙子、石子、土壤等，甚至行星环、小行星带、恒星喷流等都可以看作是颗粒物质，如图 1.1 所示。因此从某种意义上来说，在地球上颗粒物质可能是除了液体（水和岩浆等）之外占比最大物质存在形态。
(a) (b)图 1.4 (a)颗粒表面流[11]；(b)颗粒漏斗流[57]如图 1.4(a)所示，在重力下，当圆锥形颗粒堆与地面的角度大于崩塌角时，颗粒表面会发生流动，但是现在人们对于圆锥形颗粒堆的最大稳定角、休止角、内摩擦角等临界角度之间的关系仍然没有定论[11, 58-65]。如图 1.4(b)所示，漏斗流是另一种常见的颗粒流，早在几百年前的古代沙漏就已经成为了一种计时工具[66
【参考文献】：
期刊论文
[1]Experimental and numerical study on energy dissipation in freely cooling granular gases under microgravity[J]. 王文广,厚美瑛,陈科,虞培东,Matthias Sperl. Chinese Physics B. 2018(08)
[2]颗粒样品形变对声波传播影响的实验探究[J]. 周志刚,宗谨,王文广,厚美瑛. 物理学报. 2017(15)
[3]颗粒固体应力转向比的光弹法探测[J]. 宗谨,周志刚,王文广,张晟,林平,石玉仁,厚美瑛. 物理学报. 2017(10)
[4]DEM simulation of granular segregation in two-compartment system under zero gravity[J]. 王文广,周志刚,宗谨,厚美瑛. Chinese Physics B. 2017(04)
[5]倾斜沙漏流与颗粒休止角研究[J]. 张昱,韦艳芳,彭政,蒋亦民,段文山,厚美瑛. 物理学报. 2016(08)
[6]颗粒气体团簇行为实验研究[J]. 王花,陈琼,王文广,厚美瑛. 物理学报. 2016(01)
[7]Effective temperature and fluctuation-dissipation theorem in athermal granular systems:A review[J]. 陈琼,厚美瑛. Chinese Physics B. 2014(07)
[8]振动驱动颗粒气体体系的局域态本构关系的实验验证[J]. 陈延佩,Pierre Evesque,厚美瑛. 物理学报. 2013(16)
[9]Imperfect pitchfork bifurcation in asymmetric two-compartment granular gas[J]. 张因,李寅阊,刘锐,崔非非,Pierre Evesque,厚美瑛. Chinese Physics B. 2013(05)
[10]Directed segregation in compartmentalized bi-disperse granular gas[J]. Sajjad Hussain Shah,李寅阊,崔非非,张祺,厚美瑛. Chinese Physics B. 2012(01)
本文编号：2912200
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
自然界广泛存在的颗粒物质：(a)谷物；(b)粉末；(c)沙子；(d)小行星带（虚拟）
微重力下颗粒气体自由冷却及相转变现象的研究颗粒物质是一种由大量的宏观离散物体单元（也就是颗粒）组成的集合，确切地来说颗粒物质是物质存在的一种外在形态。比如说我们研究单个钢珠的性质时，它不是离散的颗粒物质，而是一个连续性的固体；但是，当我们研究成由成千上万个钢珠组成的集合时，这个集合才是颗粒物质。颗粒物质中的离散单元可以拥有不同的材质、不同的形状；它们的尺寸也可以不尽相同，甚至可以跨越多个数量级。因此，颗粒物质不仅仅包括我们生活中常见各种粉末粉尘、粮食、沙子、石子、土壤等，甚至行星环、小行星带、恒星喷流等都可以看作是颗粒物质，如图 1.1 所示。因此从某种意义上来说，在地球上颗粒物质可能是除了液体（水和岩浆等）之外占比最大物质存在形态。
(a) (b)图 1.4 (a)颗粒表面流[11]；(b)颗粒漏斗流[57]如图 1.4(a)所示，在重力下，当圆锥形颗粒堆与地面的角度大于崩塌角时，颗粒表面会发生流动，但是现在人们对于圆锥形颗粒堆的最大稳定角、休止角、内摩擦角等临界角度之间的关系仍然没有定论[11, 58-65]。如图 1.4(b)所示，漏斗流是另一种常见的颗粒流，早在几百年前的古代沙漏就已经成为了一种计时工具[66
【参考文献】：
期刊论文
[1]Experimental and numerical study on energy dissipation in freely cooling granular gases under microgravity[J]. 王文广,厚美瑛,陈科,虞培东,Matthias Sperl. Chinese Physics B. 2018(08)
[2]颗粒样品形变对声波传播影响的实验探究[J]. 周志刚,宗谨,王文广,厚美瑛. 物理学报. 2017(15)
[3]颗粒固体应力转向比的光弹法探测[J]. 宗谨,周志刚,王文广,张晟,林平,石玉仁,厚美瑛. 物理学报. 2017(10)
[4]DEM simulation of granular segregation in two-compartment system under zero gravity[J]. 王文广,周志刚,宗谨,厚美瑛. Chinese Physics B. 2017(04)
[5]倾斜沙漏流与颗粒休止角研究[J]. 张昱,韦艳芳,彭政,蒋亦民,段文山,厚美瑛. 物理学报. 2016(08)
[6]颗粒气体团簇行为实验研究[J]. 王花,陈琼,王文广,厚美瑛. 物理学报. 2016(01)
[7]Effective temperature and fluctuation-dissipation theorem in athermal granular systems:A review[J]. 陈琼,厚美瑛. Chinese Physics B. 2014(07)
[8]振动驱动颗粒气体体系的局域态本构关系的实验验证[J]. 陈延佩,Pierre Evesque,厚美瑛. 物理学报. 2013(16)
[9]Imperfect pitchfork bifurcation in asymmetric two-compartment granular gas[J]. 张因,李寅阊,刘锐,崔非非,Pierre Evesque,厚美瑛. Chinese Physics B. 2013(05)
[10]Directed segregation in compartmentalized bi-disperse granular gas[J]. Sajjad Hussain Shah,李寅阊,崔非非,张祺,厚美瑛. Chinese Physics B. 2012(01)
本文编号：2912200
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