二维颗粒气体在堆积过程中的能量耗散

通过高速摄像的方法观测了玻璃颗粒组成的准二维气态颗粒流的冷凝耗散过程,并和理想情况下的均匀耗散的颗粒流体理论作了比较,实验发现气态颗粒部分在耗散堆积过程中近似地满足高斯分布;从动能的结果来看,实际耗散过程和流体理论所预测的不同.实验发现冷凝分为两个阶段：当动能的贡献以气体颗粒为主时,发现颗粒以恒定的速度堆积,动能耗散主要由其中以气态分布的颗粒的沉积速率α,颗粒温度T和气态部分的平动速度ν_g决定;当气态颗粒数目趋向于0,能量耗散主要来自于密堆颗粒的表面层部分 关键词： 离散体系 耗散性     

颗粒速度在颗粒流稀疏流-密集流转变中的作用

用实验和计算模拟的方法研究了颗粒流中的颗粒速度与颗粒流特性的关系.实验研究发现当入口流量固定时，在出口上方高速运动的颗粒会使颗粒流由稀疏流向密集流转变的临界出口尺寸变小.当颗粒流转变为密集流后，颗粒速度的作用被出口上方的颗粒堆积区所消耗，最终变得与颗粒速度无关.二维分子动力学模拟计算得到了与实验相同的结论.通过二维分子动力学模拟计算，还给出了不同颗粒速度下体系的密度和速率在空间的分布图.这些分布图显示随着颗粒到达出口上方的瞬间速度的不同，颗粒堆积区的密度和高度均会改变，并最终导致颗粒流流动状态的改变. 关键词： 颗粒流 颗粒气体 分子动力学模拟     

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     

密集剪切颗粒流中速度波动和自扩散特性的离散元模拟

分析了平行板间密集剪切颗粒流的平均速度、速度波动、区域划分和自扩散特性.为了分析以上问题,建立了平均固体体积分数为0.80剪切平行板间密集颗粒流的离散元物理模型.研究结果表明:间隙间颗粒的平均速度从上到下逐渐增大,波动速度恰好相反;纵向的平均速度、波动速度较小,这一点稀疏剪切颗粒流正相反;根据剪切率和平均速度大小把间隙间纵向区域依次划分为类固体、振荡和类流体区域,并得出了波动速度对剪切率的依赖关系;间隙间颗粒的自扩散主要集中在横向,而稀疏剪切颗粒流在纵向的自扩散同样较突出.通过对流变和扩散特性的模拟分析,直观地反映了颗粒的微观流变特性,有益于密集剪切颗粒流的流变机理的研究.     

数值模拟颗粒旋转对流化床内气固两相流动特性的影响

流化床内颗粒自旋转将影响颗粒相的流动特性.本文运用基于颗粒动理学理论的欧拉-欧拉气固多相流模型,考虑颗粒自旋转流动对颗粒碰撞能量交换和耗散的影响,数值模拟流化床内气体颗粒两相流动特性.计算结果表明颗粒的自旋转使得床内更容易形成气泡,颗粒浓度分布变化增大.颗粒自旋转运动将导致床内非均匀结构更明显.     

非球形颗粒布朗运动的涨落-格子Boltzmann数值研究

采用涨落-格子Boltzmann方法对非球形颗粒(二维)的布朗运动进行直接数值模拟.数值结果包括椭圆形、矩形颗粒的速度均方值及速度自相关函数等.研究发现,对于非球形颗粒,其方向性并没有影响能量均分原理的适用性,每个自由度的能量由其速度或角速度的均方值确定,而且计算的颗粒平动温度和转动温度一致.此外,颗粒的速度自相关函数在相对长的时间内以~ct^-1的规律衰减,其系数c与颗粒的形状无关.     

受碾区域内颗粒轴向流动特性的离散元模拟

为探讨受碾状态颗粒的稳定流动, 在碾辊轴与筛筒组成的受碾区域内, 建立了轴向运动的颗粒流离散元物理模型. 研究结果表明: 受碾区域内各颗粒沿轴向运动能力的差异造成了颗粒流密度不均匀; 颗粒与筛筒间的静摩擦系数影响颗粒轴向流动的形态、速率及集散程度, 受碾区域内单层颗粒的轴向均方偏差与流动时间的平方正相关, 属于“super”扩散; 整体分析受碾区域发现, 颗粒的轴向平均速度沿轴向坐标逐渐增大, 而颗粒的三轴合成平均速度沿轴向坐标逐渐降低; 受碾区域内各轴向位置处颗粒运动的剧烈程度不同, 沿轴向坐标颗粒的波动速度平方呈现先增大后降低而后又增大的趋势; 单颗粒的碰撞总能量损失能谱也表明了颗粒运动程度不同, 即轴向流动时在受碾区域的前半段碰撞剧烈, 能量损失多, 在后半段碰撞程度弱, 能量损失较少. 通过对受碾区域内颗粒流动的数值模拟分析, 明晰了颗粒在受碾条件下稳定流动特性, 有益于碾磨工业对产品品质控制及设备参数优化的研究.     

颗粒惯性对标量混合的影响

本文采用直接数值模拟的方法,研究了颗粒惯性对均匀各向同性湍流场中被动标量混合特性的影响.结果表明:与无颗粒算例相比,Tp/Tk<1的小颗粒,增大了标量脉动在高波数上的能量,增强了标量耗散率,标量耗散率最大高出了25%;Tp/Tk>1的大颗粒,在初期显著削弱了标量脉动强度,同时也加快了标量耗散率的衰减,标量脉动强度降低了约15%,标量耗散减少了约5%;而Tp/Tk=1的临界颗粒,对标量场混合的影响较弱,标量脉动强度和标量耗散偏差在5%以内;此外,随着颗粒惯性的增大,标量耗散率的概率密度函数向左平移,但分布特征的改变并不显著.     

旋转体系中湍流的LBM模拟

采用基于多松弛时间因子的格子Boltzmann方法对旋转体系中的湍流进行数值研究,考察Rossby数和Ekman数对湍流的影响,包括湍流能量及其耗散率、速度、涡结构及湍流的耗散尺度即Kolmorogov尺度和积分尺度等.研究表明,系统的旋转延缓了湍流能量的衰减速率,逐步破坏初始涡结构的均匀性,与旋转方向相反的涡逐步被抑制,并最终形成若干与旋转同向的涡柱.结果还表明,系统旋转越快,湍流的耗散尺度越小而积分尺度越大.     

用PDF方法求解平均温度梯度为常数的均匀剪切湍流

本文旨在用求解速度、温度和耗散率联合几率密度函数输运方程的方法研究平均温度梯度为常数的均匀剪切湍流的性质,假定耗散率满足对数正态分布,分别用扩散过程、Langevin模型和混合模型模拟脉动压力和分子输运对耗散率、速度和温度变化的影响。用Monte Carlo求解方法得到了与实验数据基本一致的结果。     

槽道流POD重构及湍流动能耗散率分析

采用二维粒子图像测速仪（2DPIV）对槽道内涡波流场进行实验研究,用POD技术对2DPIV瞬态速度矢量场进行主导模态重构,得到槽道内的平均流速和湍流动能分布;采用大涡PIV方法对湍流动能耗散率分布进行计算.结果表明：重构流场表征了原始流场的主导结构,剔除了噪声等干扰信息;大涡PIV方法能有效地估算动能耗散率的分布;湍流动能在壁面附近较小,在接近槽道中心区域湍流动能越来越大,呈现出射流的特征;动能耗散率的峰值出现在壁面附近和槽道中心区域,动能耗散率随着远离壁面程度的增加先降低后逐渐增加直至达到峰值.     

准静态颗粒介质的弹性势能弛豫分析

颗粒体系是典型的多体相互作用体系, 具有多重的能量亚稳态. 对于准静态颗粒体系, 引入构型颗粒温度T_c描述弹性势能涨落. 本文认为平衡的体系具有一定的构型颗粒温度T_a, 其量值反映了其结构特征. 当外界扰动激发的构型颗粒温度超出T_a时, 产生不可逆过程. 通过对应力松弛过程的分析, 发现(T_c-T_a)激发了弹性弛豫, 且(T_c-T_a)越大则松弛过程中应力变化越大, 最终构型颗粒温度T_c→T_a时,宏观应力松弛结束,体系达到新的能量亚稳态.     

宏观交通流模型的能耗研究

本文在几种典型的宏观交通流模型的基础上,导出能量耗散的计算公式,宏观交通流模型能耗不同于元胞自动机交通模型,其能耗不仅考虑车流速度减少,而且还要计及通过路段的车流通量引起的能耗.通过对满足黎曼初始条件的道路能耗和道路交通瓶颈处能耗的计算和理论分析,表明交通拥堵处,能量耗散比较高,而且能量耗散的变化也能反映交通拥堵产生及消散的情况.     

Dissipation in the Klein-Gordon Field

The formalism of (±)-frequency parts , previously applied to solution of the D'Alembert equation in the case of the electromagnetic field, is applied to solution of the Klein-Gordon equation for the K-G field in the presence of sources. Retarded and advanced field operators are obtained as solutions, whose frequency parts satisfy a complex inhomogeneous K-G equation. Fourier transforms of these frequency parts are solutions of the central equation, which determines the time dependence of the destruction/creation operators of the field. The retarded field operator is resolved into kinetic and dissipative components. Correspondingly, the energy/stress tensor is resolved into three components; the power/force density, into two—a kinetic and a dissipative component. As in the analogous electromagnetic case the dissipation theorem is derived according to which work done by the dissipative power/force is negative: energy/momentum is dissipated from the sources to the K-G field. Boson quantization conditions are satisfied by the kinetic component but not by the dissipative component of the retarded K-G field.     

Dense granular flow around a penetrating object: experiment and hydrodynamic model

We present in this Letter experimental results on the bidimensional flow field around a cylinder penetrating into dense granular matter, together with drag force measurements. A hydrodynamic model based on extended kinetic theory for dense granular flow reproduces well the flow localization close to the cylinder and the corresponding scalings of the drag force, which is found to not depend on velocity, but linearly on the pressure and on the cylinder diameter and weakly on the grain size. Such a regime is found to be valid at a low enough "granular" Reynolds number.     

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在开源的CFD工具包OpenFOAM环境下开发了基于低磁雷诺数的磁流体湍流数值模拟求解器,对2π×1×1的方管中无磁场湍流和磁流体湍流进行直接数值模拟研究,给出了截面瞬时速度、平均速度的分布,截面对称中心线上的脉动速度的均方根值、湍动能的分布。计算结果表明,外加磁场对磁流体湍流具有抑制作用和并且这种抑制作用具有各向异性。     

磁流体管流的直接数值模拟研究

在开源的CFD 工具包OpenFOAM 环境下开发了基于低磁雷诺数的磁流体湍流数值模拟求解器,对 2π ×1×1的方管中无磁场湍流和磁流体湍流进行直接数值模拟研究,给出了截面瞬时速度、平均速度的分布,截面对称中心线上的脉动速度的均方根值、湍动能的分布。计算结果表明,外加磁场对磁流体湍流具有抑制作用和并且这种抑制作用具有各向异性。     

A quantitative analysis on the energy dissipation mechanism of the non-obstructive particle damping technology

The non-obstructive particle damping (NOPD) technology has been recently developed from particle damping and impact damping technologies. In this paper, a quantitative analysis of the dissipation mechanism of NOPD based on a statistical theory is investigated for the first time to our knowledge. Under high-frequency vibrations, the dense granular motion of NOPD is very similar to turbulence. Thus, Kolmogorov's hypothesis in turbulence is adopted to describe the energy spectral density and velocity correlation function of the particles in the NOPD technology. It is shown that the NOPD's mean energy dissipation (per unit mass) increases with either the granular diameter or the volume ratio of the dense granular flow. The quantitative model for the NOPD technology presented in the paper should be useful in possible engineering applications of vibration reduction.     

Numerical simulation of two-dimensional granular shearing flows and the friction force of a moving slab on the granular media

This paper studies some interesting features of two-dimensional granular shearing flow by using molecular dynamic approach for a specific granular system.The obtained results show that the probability distribution function of velocities of particles is Gaussian at the central part,but diverts from Gaussian distribution nearby the wall.The macroscopic stress along the vertical direction has large fluctuation around a constant value,the non-zero average velocity occurs mainly near the moving wall,which forms a shearing zone.In the shearing movement,the volume of the granular material behaves in a random manner.The equivalent friction coefficient between moving slab and granular material correlates with the moving speed at low velocity,and approaches constant as the velocity is large enough.