范德华力作用下细颗粒随机堆积过程的动力学研究
发布时间：2022-10-11 16:29
颗粒在平面上的随机堆积过程是从日常生活到工业生产过程中最为普遍存在的一种现象,如颗粒物质在料仓内的存储、除尘器内细颗粒物的脱除、锅炉内飞灰的沉积结渣以及太空颗粒的沉积与粘附等。由重力主导的毫米级以上的大颗粒物的堆积问题已经有了较为系统的研究;而对于微米级的细颗粒物,由于其尺度效应,颗粒之间的范德华作用力超过重力约三个量级以上,成为最为重要的作用力。迄今,对于细颗粒堆积问题的研究由于其复杂的相互作用力尚不够系统和成熟。本文以微米级细颗粒物为研究对象,发展了离散元动力学模拟的方法,对颗粒在平面上的随机堆积过程进行了详细而系统的研究;进而在已有的无粘附性颗粒系统的统计力学理论框架基础上,发展了适用于描述粘附性细颗粒堆积的统计力学系综方法;同时,采用丝网过滤实验对模拟或理论得到的结果开展了验证。首先,本文采用离散元动力学模拟的方法,系统的研究了颗粒粒径分布、表面能、速度、滑动摩擦系数和形状因素等性质对于细颗粒随机堆积过程的影响,并基于综合上述参数影响的无量纲粘附数Ad,建立了堆积密度?和粘附数Ad的物理关联?（Ad）。针对获得的堆积体结构,通过测定其配位数Z、径向分布函数g（r）和键角分布函数...
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
第1章 引言
1.1 研究背景与意义
1.1.2 典型技术背景
1.1.3 科学问题及其普遍意义
1.2 研究现状
1.2.1 颗粒堆积的研究手段及研究对象概述
1.2.2 无粘附性球形颗粒堆积的动力学研究
1.2.3 颗粒堆积体系的理论研究
1.2.4 粘附性球形颗粒堆积的动力学研究
1.2.5 非球形颗粒堆积的研究
1.3 颗粒堆积问题的研究现状小结
1.4 本文的研究内容和技术路线
第2章 单分散粘附性球形颗粒随机堆积的离散元模拟研究
2.1 适用于粘附性细颗粒的离散元数值模拟方法
2.1.1 离散元模型简述
2.1.2 模拟工况及参数设置
2.1.3 模拟区域特征长度对堆积结果影响的敏感性分析
2.2 固定滑动摩擦系数条件下单分散粘附性球形颗粒的随机堆积
2.2.1 颗粒速度,粒径和表面能对于堆积密度的影响
2.2.2 颗粒堆积密度的无量纲粘附数归一表征
2.2.3 颗粒堆积体的Voronoi划分及其局部堆积密度分布
2.2.4 颗粒堆积的配位数及其分布
2.2.5 径向分布函数的演化规律
2.2.6 堆积体内颗粒的受力分布及力学平衡分析
2.3 滑动摩擦系数对单分散粘附性球形颗粒随机堆积过程的影响
2.3.1 不同滑动摩擦系数条件下堆积密度和平均配位数的变化
2.3.2 变滑动摩擦系数条件下的单颗粒的力学平衡
2.4 颗粒初始浓度对于粘附性细颗粒堆积的影响
2.5 本章小结
第3章 粘附性球形颗粒堆积的统计力学系综方法及状态方程
3.1 本章引言
3.2 颗粒介质的统计力学理论框架
3.2.1 颗粒系统的体积函数
3.2.2 颗粒系统的熵及压缩性
3.3 粘附性球形颗粒堆积的统计力学系综方法
3.3.1 体积函数的求解
3.3.2 静定极限的确定
3.3.3 几何配位数和力学配位数
3.3.4 配分函数
3.3.5 任意滑动摩擦系数和粘附数条件下颗粒堆积的状态方程
3.3.6 堆积密度与平均配位数的理论预测
3.4 本章小结
第4章 多分散粘附性球形颗粒随机堆积的离散元模拟研究
4.1 本章引言
4.2 二元粘附性细颗粒堆积的离散元模拟研究
4.2.1 模拟条件及参数设置
4.2.2 堆积密度随颗粒浓度的变化
4.2.3 堆积结构的变化及表征
4.3 正态分布粒径下的多分散粘附性细颗粒堆积的离散动力学研究
4.3.1 模拟条件及参数设置
4.3.2 堆积密度与平均配位数随粒径标准偏差的变化
4.3.3 堆积结构特征分析
4.4 本章小结
第5章 单分散粘附性椭球形颗粒随机堆积的离散元模拟研究
5.1 本章引言
5.2 椭球形颗粒接触关系判断
5.3 模拟条件及参数设置
5.4 堆积密度与平均配位数变化
5.5 堆积结构特征分析
5.6 本章小结
第6章 粘附性细颗粒过滤堆积实验
6.1 本章引言
6.2 实验系统及实验方法
6.2.1 颗粒发生系统
6.2.2 颗粒堆积系统
6.2.3 实验材料
6.2.4 实验数据的测量
6.3 实验结果及讨论
6.4 本章小结
第7章 结论
7.1 主要结论
7.2 建议与展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃煤电厂超低排放技术路线与协同脱除[J]. 史文峥,杨萌萌,张绪辉,李水清,姚强. 中国电机工程学报. 2016(16)
[2]增强PM2.5脱除的新型电除尘技术的发展[J]. 熊桂龙,李水清,陈晟,张绪辉,姚强. 中国电机工程学报. 2015(09)
博士论文
[1]煤粉燃烧细颗粒物生成、演化与沉积特性实验研究[D]. 李庚达.清华大学 2014
[2]范德华力和静电力下的细颗粒离散动力学研究[D]. 柳冠青.清华大学 2011
本文编号：3690903
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
第1章 引言
1.1 研究背景与意义
1.1.2 典型技术背景
1.1.3 科学问题及其普遍意义
1.2 研究现状
1.2.1 颗粒堆积的研究手段及研究对象概述
1.2.2 无粘附性球形颗粒堆积的动力学研究
1.2.3 颗粒堆积体系的理论研究
1.2.4 粘附性球形颗粒堆积的动力学研究
1.2.5 非球形颗粒堆积的研究
1.3 颗粒堆积问题的研究现状小结
1.4 本文的研究内容和技术路线
第2章 单分散粘附性球形颗粒随机堆积的离散元模拟研究
2.1 适用于粘附性细颗粒的离散元数值模拟方法
2.1.1 离散元模型简述
2.1.2 模拟工况及参数设置
2.1.3 模拟区域特征长度对堆积结果影响的敏感性分析
2.2 固定滑动摩擦系数条件下单分散粘附性球形颗粒的随机堆积
2.2.1 颗粒速度,粒径和表面能对于堆积密度的影响
2.2.2 颗粒堆积密度的无量纲粘附数归一表征
2.2.3 颗粒堆积体的Voronoi划分及其局部堆积密度分布
2.2.4 颗粒堆积的配位数及其分布
2.2.5 径向分布函数的演化规律
2.2.6 堆积体内颗粒的受力分布及力学平衡分析
2.3 滑动摩擦系数对单分散粘附性球形颗粒随机堆积过程的影响
2.3.1 不同滑动摩擦系数条件下堆积密度和平均配位数的变化
2.3.2 变滑动摩擦系数条件下的单颗粒的力学平衡
2.4 颗粒初始浓度对于粘附性细颗粒堆积的影响
2.5 本章小结
第3章 粘附性球形颗粒堆积的统计力学系综方法及状态方程
3.1 本章引言
3.2 颗粒介质的统计力学理论框架
3.2.1 颗粒系统的体积函数
3.2.2 颗粒系统的熵及压缩性
3.3 粘附性球形颗粒堆积的统计力学系综方法
3.3.1 体积函数的求解
3.3.2 静定极限的确定
3.3.3 几何配位数和力学配位数
3.3.4 配分函数
3.3.5 任意滑动摩擦系数和粘附数条件下颗粒堆积的状态方程
3.3.6 堆积密度与平均配位数的理论预测
3.4 本章小结
第4章 多分散粘附性球形颗粒随机堆积的离散元模拟研究
4.1 本章引言
4.2 二元粘附性细颗粒堆积的离散元模拟研究
4.2.1 模拟条件及参数设置
4.2.2 堆积密度随颗粒浓度的变化
4.2.3 堆积结构的变化及表征
4.3 正态分布粒径下的多分散粘附性细颗粒堆积的离散动力学研究
4.3.1 模拟条件及参数设置
4.3.2 堆积密度与平均配位数随粒径标准偏差的变化
4.3.3 堆积结构特征分析
4.4 本章小结
第5章 单分散粘附性椭球形颗粒随机堆积的离散元模拟研究
5.1 本章引言
5.2 椭球形颗粒接触关系判断
5.3 模拟条件及参数设置
5.4 堆积密度与平均配位数变化
5.5 堆积结构特征分析
5.6 本章小结
第6章 粘附性细颗粒过滤堆积实验
6.1 本章引言
6.2 实验系统及实验方法
6.2.1 颗粒发生系统
6.2.2 颗粒堆积系统
6.2.3 实验材料
6.2.4 实验数据的测量
6.3 实验结果及讨论
6.4 本章小结
第7章 结论
7.1 主要结论
7.2 建议与展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃煤电厂超低排放技术路线与协同脱除[J]. 史文峥,杨萌萌,张绪辉,李水清,姚强. 中国电机工程学报. 2016(16)
[2]增强PM2.5脱除的新型电除尘技术的发展[J]. 熊桂龙,李水清,陈晟,张绪辉,姚强. 中国电机工程学报. 2015(09)
博士论文
[1]煤粉燃烧细颗粒物生成、演化与沉积特性实验研究[D]. 李庚达.清华大学 2014
[2]范德华力和静电力下的细颗粒离散动力学研究[D]. 柳冠青.清华大学 2011
本文编号：3690903
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3690903.html
