开口角度对二维颗粒流稀疏流-密集流转变的影响

用计算机模拟的方法研究了开口角度对二维颗粒流稀疏流—密集流转变的影响.在固定入口流量和固定颗粒数两种条件下,均发现当开口角度大于零时,开口角度的增大可以提高颗粒流由稀疏流向密集流转变的最大出口流量.在稀疏流状态下,出口流量与开口角度无关;而在密集流状态下,出口流量随开口角度的增大而增大.进一步的计算还发现增加开口角度可以提高颗粒流出开口的流动速度,且最大出口流量与颗粒的流动速度呈线性关系. 关键词： 颗粒物质 颗粒流 分子动力学模拟     

二维颗粒流通道宽度效应的分子动力学模拟

通过用分子动力学方法对颗粒物质流的计算机模拟，研究发现增大通道宽度可以使二维颗粒流从稀疏流转变为密集流状态.通过对不同通道宽度下，固定开口为9.5d的颗粒流和 漏斗口以上9.5d×8d区域记录的模拟结果分析，发现随通道宽度增大，密度变大、温 度降低.当“颗粒温度”T较低时(T/m<0.05 J/kg),颗粒流内部接触数开始超过1.2 ，同时出现较为牢固的横向链状颗粒团簇，是造成流量突变以及密集流的原因. 关键词： 颗粒物质 颗粒流 计算机模拟     

边界条件对二维斜面颗粒流颗粒分布的影响

实验研究了粗糙边界条件、不同通道宽度以及不同斜面倾斜角下二维颗粒流的颗粒分布 ，发现颗粒流在稀疏流状态下尽管在现象上表现出类似流体的性质，但由于颗粒流系统的能 量耗散,所以颗粒流的速度和密度分布和牛顿流体完全不同，颗粒流在通道中的分布既受通 道宽度的影响同时也受重力场的影响，颗粒在通道中以通道中轴线呈对称分布，通道两侧的 颗粒密度明显高于通道中间，由于通道中颗粒受剪切力的作用，导致颗粒在通道中的密度分 布的变化，通道边界粗糙度明显影响着颗粒流横向分布. 关键词： 二维颗粒流 颗粒物质 稀疏流     

通道宽度和初始流量对颗粒稀疏流-密集流转变临界开口的影响

通过实验研究斜面上二维颗粒流，当出口尺寸减小到临界值Dc时，发生稀疏流到密集流的突变.发现临界尺寸Dc与初始流量和通道宽度有关，通道宽度一定的情况下，临界开口尺寸Dc近似随初始流量Q0的平方根增大.在初始流量Q0一定时，临界开口尺寸Dc随通道宽度W近似线性增大.给出了这些关系的表达式，理论计算与实验观测结果一致.同时，也讨论了通道宽度影响临界开口尺寸的原因. 关键词： 颗粒物质 颗粒流     

平面颗粒流的瓶颈效应及其与速度的关系

通过实验研究了二维传送带上圆片颗粒运动与开口大小及传送带速度的关系，发现当开口尺寸d固定时，存在临界速度vc，在v＜vc范围，流量Q随速度v线性增大，在vc处Q-v关系发生突变.改变颗粒运动速度v或改变开口尺寸d均有临界值，使颗粒流规律发生转变.这是由于开口尺寸或速度变化使颗粒间相互作用及颗粒流状态变化造成的. 关键词： 平面颗粒流 瓶颈效应     

颗粒物质从稀疏流到密集流转变的普适规律

二维颗粒流实验研究发现，当初始稀疏颗粒流量固定，出口的尺寸减小到一临界值，或固定出口的尺寸，颗粒流量增大到一临界值时，都会发生流量的突然减小，从稀疏流转变为密集流．得到了临界流量与出口尺寸、颗粒尺寸及通道宽度之间的普适标度关系，揭示了“瓶颈效应”的物理本质．     

通道宽度对二维粗糙边界斜面颗粒流的影响

在此之前已经报道了二维斜面颗粒流在通道中的分布规律以及二维斜面粗糙边界附近的颗粒 流量密度（ξ=ρ·ν）分布.本文则主要研究通道宽度W对边界附近颗粒流量密度(ξ=ρ· ν)分布的影响.结果表明，颗粒流量密度随通道宽度的变化（ξ W）存在一临界通道宽度W c.在本实验条件下临界通道宽度Wc=70d.当通道宽度小于临界宽度Wc时 ，通道中距边界20d—30d区间内的相对颗粒流量密度随斜面倾斜角的变化可描述为ξ∝( sinθ)α，α是与通道宽度W有关的参数，其数值在032至085之间. 关键词： 二维颗粒流 颗粒物质 颗粒流量密度     

二维颗粒流从稀疏态到密集态的临界转变

研究了斜槽中的二维颗粒流由稀疏到密集转变的临界现象.在二维颗粒槽的入口流量Q₀和出口尺寸d固定的条件下，记录并统计了稀疏流转变为密集流所经历的时间.研究发现，在统计时间内转变不发生的概率C(t)随时间指数衰减，其衰减的特征时间尺度α^-1(d)可以很好地由幂律函数a(d_c-d)^-γ来拟合，其中d_c为临界开口尺寸.此临界尺寸的存在确定了稀疏流到密集流转变的临界现象. 关键词： 颗粒物质 颗粒流 非平衡态相变 几何相变     

二维颗粒破碎过程的计算机模拟

以材料力学为基础构建单颗粒破碎模型,通过分子动力学方法模拟二维颗粒的破碎过程.结果表明:最终的颗粒大小分布为幂律分布,其分形维数为1.1,与实验结果相符,表明颗粒的破碎是一分形过程.     

对颗粒物质运动的一致性进行控制的随机力场

在颗粒流的研究中引入了一个正态分布的随机力场, 并通过计算机模拟研究了该力场对均匀颗粒流的影响. 结果发现: 随机力场基本上不改变均匀颗粒流的平均密度和速度, 对颗粒流密度的涨落也影响很小. 随机力场对均匀颗粒流的影响主要体现在它可提高速度的涨落, 它与颗粒体系的耗散性质相抗衡, 使颗粒流维持一定的波动能量. 研究结果还显示: 通过随机力场所获得的波动能量并没有均匀分布到各个自由度上, 由于颗粒体系的耗散性质颗粒体系难以达到能均分状态. 关键词： 颗粒物质 随机力 分子动力学模拟     

A Stochastic Description of Transition Between Granular Flow States

Two-dimensional granular flow in a channel with small exit is studied by molecular dyhamics simulations. We firstly define a key area near the exit, which is considered to be the choke area of the system. Then we observe the time variation of the local packing fraction and flow rate in this area for several fixed inflow rate, and find that these quantities change abruptly when the transition from dilute flow state to dense flow state happens. A relationship between the local flow rate and the local packing fraction in the key area is also given. The relationship is a continuous function under the fixed particle number condition, and has the characteristic that the flow rate has a maximum at a moderate packing fraction and the packing fraction is terminated at a high value with negative slope. By use of the relationship, the properties of the flow states under the fixed inflow rate condition are discussed in detail, and the discontinuities and the complex time variation behavior observed＇in the preexisting works are naturally explained by a stochastic process.     

二维斜面粗糙边界附近颗粒流量密度分布

以往的实验研究中，已经知道粗糙边界条件下，二维颗粒流的颗粒流量是以通道中心横向对称分布的，颗粒流横向分布既受通道宽度的影响，同时也受通道斜面倾斜角的影响，而且颗粒在通道两侧的分布明显少于通道中间. 主要研究粗糙边界附近颗粒分布随通道宽度以及通道斜面倾斜角的变化规律. 在稀疏流状态以及保持边界墙体的粗糙度不变的条件下，对应不同通道宽度，粗糙边界附近10d范围内的颗粒流量密度(ξ=ρv)随斜面倾斜角的增大而减小，颗粒流量密度随通道宽度的变化存在一临界宽度Wc；在通道宽度小于Wc时，粗糙墙体附近10d范围内颗粒流量密度ξ随sinθ呈指数衰减，通道宽度大于Wc时，颗粒流量密度ξ_sinθ曲线随θ增大几乎呈线性减小. 关键词： 二维颗粒流 颗粒物质 颗粒流量密度     

瓶颈开口角对二维颗粒流的影响

实验研究了平面传送带上颗粒流的特性，主要包括传送带出口处开口宽度以及瓶颈开口角度对颗粒流的影响.实验结果发现，改变瓶颈开口角度θ，当θ大于15°时，颗粒流量Q随着cosθ呈线性变化.同时，颗粒流量Q与传送带速度v以及开口大小R也密切相关，而在θ小于15°时，颗粒流量Q基本不随开口角度变化.     

稠密颗粒射流倾斜撞击颗粒膜特征

采用高速摄像仪对稠密颗粒射流倾斜撞击形成的类液体颗粒膜特征进行实验研究,考察了颗粒粒径、射流速度以及射流含固率等因素对颗粒膜形态及动态特征的影响.结果表明:随着颗粒粒径增大,稠密颗粒倾斜撞击流由颗粒膜向散射模式转变;随着射流速度增加,气固不稳定增强,射流流量出现脉动,正面与侧面分别表现为颗粒膜的非轴对称振荡和表面波纹结构;颗粒膜非轴对称振荡的振荡频率和振荡幅度随射流速度的增大而增大;表面波纹速度和波长沿传播方向增大,波纹间存在叠加现象.颗粒膜出现非轴对称振荡主要是因为喷嘴出口由气固不稳定性引起的射流流量脉动,射流流量脉动频率与撞击面振荡频率基本相当.     

Traffic Flow States in a Freeway with Bottleneck

The system of mixture of single lane and double lane is studied by a cellular automata model, which is developed by us based on the Nagel and Schreckenberg's models. We justify that the model can reach a stable states quickly. The density distributions of the stable state is presented for several cases, which illustrate the manner of the congestion. The relationship between the outflow rate and the total number of vehicles and that between the outflow rate and the density just before the bottleneck are both given. Comparing with the relationship that occurring in the granular flow, we conclude that the transition from the free traffic flow to the congested traffic flow can also be attributed to the abrupt variation through unstable flow state, which can naturally explain the discontinuities and the complex time variation behavior observed in the traffic flow experiments.     

Numerical Simulation of the Formation of Granular Shock Wave Over Cylindrical Obstacle

A two dimensional (2‐D) stream of granular flow with zero initial granular temperature passing over a cylindrical obstacle is simulated by means of both molecular dynamics (MD) simulation and finite volume method (FVM). In experiments, a bow‐shaped shock wave with higher area fraction forms in front of the obstacle that was reproduced in our simulations. Due to the different circumstances to which particles are subjected, the granular flow is divided in two zones. One is undisturbed where quantities, such as space fraction (volume fraction for 3‐D and area fraction for 2‐D geometries), velocity and granular temperature are uniformly distributed and the other is called the shock wave zone. In this region, the values of the space fraction increases and the velocity of particles changes. From the MD simulation, it is found that the area fraction of the shock wave depends on surface roughness, coefficient of restitution (COR) of particles, the obstacle diameter as well as velocity of the granular stream, and a triangular region forms with almost zero velocity, and granular temperature forms in front of the cylindrical obstacle. The bigger is the size of the obstacle, the more stable this region is. In FVM simulations solid phase velocity and area fraction distributions similar to the MD simulation results are obtained for proper parameters.     

Numerical simulations of dense granular flow in a two-dimensional channel:The role of exit position

Molecular dynamics simulations have been performed to elucidate the influence of exit position on a dense granular flow in a two-dimensional channel. The results show that the dense flow rate remains constant when the exit is far from the channel wall and increases exponentially when the exit moves close to the lateral position. Beverloo's law proves to be successful in describing the relation between the dense flow rate and the exit size for both the center and the lateral exits.Further simulated results confirm the existence of arch-like structure of contact force above the exit. The effective exit size is enlarged when the exit moves from the center to the lateral position. As compared with the granular flow of the center exit, both the vertical velocities of the grains and the flow rate increase for the lateral exit.     

颗粒密度对旋转筒内二元颗粒体系分离的影响

用分子动力学的方法研究了颗粒密度对旋转筒内二元颗粒体系混合与分离的影响. 当增大粒度较小的颗粒密度时, 颗粒体系表现为巴西果效应, 而增加粒度较大的颗粒密度时, 分离状态则会发生反转, 表现为反巴西果效应. 进一步的研究发现二元颗粒体系的分离指数与颗粒的密度比之间存在定量的关系, 并利用Hong的渗流与凝聚竞争机理理论对密度分离状态的反转现象给予了理论解释.